試談汽車模具開發(fā)向小漢【摘要】闡述了汽車沖壓模具的特點(diǎn)和開發(fā)流程，強(qiáng)調(diào)了模具設(shè)計(jì)與制造過程中的特殊要求和技術(shù)發(fā)展方向。以汽車?yán)蛹﨏AE分析為例，明確CAE技術(shù)在汽車模具開發(fā)流程中的關(guān)鍵作用，通過CAE分析模擬，同時(shí)將分析結(jié)果與車間調(diào)試相結(jié)合，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品。以全三維CAD/CAE/CAM集成技術(shù)為研究對(duì)象，重點(diǎn)介紹了集成技術(shù)在模具企業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)中取得的技術(shù)突破和積極作用。%Thispapermainlydescribesthecharacterandtheplanningprocessoftheautomobilestampingdiedevelopmentandforthedesignofstampingprocessandstampingdiedevelopmentcycle,thespecialrequirementsandthetechnicaltrendofthedevelopmentprocesswereemphasizedincludingdiedesignandmanufacture.TakingautomotiveCAEanalysisofdrawingprocessforanexample,clearlyCAEtechnologyintheautomotivedieakeyroleinthedevelopmentprocess,throughCAEanalysissimulation,andworkshopswiththeresultsoftheanalysisanddebuggingcombinedtofurtheroptimizetheproduct.Basedontheintegrated3DCAD/CAE/CAMtechnologyastheresearchobject,focusesontheintegratedtechniqueindiedesignanddevelopmentcompanyinthetechnologicalbreakthroughsandpositiveeffect,hascertainreferencefunctiontothedevelopmentpracticeofautomobilestampingdie.【期刊名稱】《柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2015(000)005【總頁數(shù)】5頁(P2-6)【關(guān)鍵詞】模具開發(fā)；CAD/CAE/CAM;模具設(shè)計(jì);模具制造【作者】向小漢【作者單位】柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣西柳州545006【正文語種】中文【中圖分類】TG385.2模具是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)工藝裝備。近幾年來，國內(nèi)汽車工業(yè)從快速增長轉(zhuǎn)到微增長，企業(yè)間競爭激烈，汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，汽車模具產(chǎn)業(yè)也得到了相應(yīng)高速發(fā)展。國內(nèi)外合作不斷深入，高素質(zhì)人才不斷涌向企業(yè)，模具新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，大型龍門數(shù)控加工中心等高端加工設(shè)備進(jìn)入平常企業(yè)中，不少汽車模具企業(yè)正在加緊擴(kuò)建、追加投資，有的還增加了沖壓、焊接車間，兼營生產(chǎn)汽車零部件制造。總的說來，汽車模具行業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)中呈現(xiàn)出一片生機(jī)勃勃的景象。汽車模具開發(fā)是汽車新產(chǎn)品開發(fā)中一項(xiàng)重要的工作。一般來說，它有以下特點(diǎn)：1.1數(shù)據(jù)變更多汽車整車數(shù)據(jù)量大，各部件或零件間的協(xié)調(diào)工作量大。在模具開發(fā)階段，車身試驗(yàn)、修改、定型與模具開發(fā)是同步的，主機(jī)廠會(huì)經(jīng)常更改汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)。這會(huì)涉及到模具企業(yè)的開發(fā)計(jì)劃變更、設(shè)計(jì)變更、制造變更，在不改變交貨期的前提下，這無疑增加了模具企業(yè)的工作量。1.2質(zhì)量要求高模具質(zhì)量的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著國內(nèi)制造技術(shù)水平不斷提高，用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求是永無止境的，主機(jī)廠對(duì)整車質(zhì)量的要求也是越來越高。對(duì)零件尺寸公差、面品、材料利用率、模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、模具操作性和模具壽命的要求正逐步與國際先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)接軌。1.3交貨期短主機(jī)廠為在市場競爭中占得先機(jī)，都會(huì)縮短模具開發(fā)周期?，F(xiàn)在不少主機(jī)廠要求8個(gè)月就要交模，這對(duì)模具企業(yè)來說，如何在短時(shí)間內(nèi)確保模具開發(fā)水平和質(zhì)量，確實(shí)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，不能簡單地認(rèn)為工人多加班、機(jī)器不停歇就可以解決的，而是嚴(yán)格依照項(xiàng)目計(jì)劃對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn)管理和質(zhì)量管控。汽車模具開發(fā)是主機(jī)廠生產(chǎn)準(zhǔn)備的重要組成部分，它的開發(fā)進(jìn)度影響整車項(xiàng)目的進(jìn)度。主機(jī)廠用原始數(shù)模進(jìn)行工藝分析，對(duì)沖壓工藝有一個(gè)初步方案，然后進(jìn)行模具的招標(biāo)，定標(biāo)后，雙方簽訂技術(shù)協(xié)議等，發(fā)包后，主機(jī)廠對(duì)模具企業(yè)的進(jìn)度和質(zhì)量情況進(jìn)行監(jiān)控。模具開發(fā)流程有一定的規(guī)律性，其開發(fā)流程一般可歸納如下：從主機(jī)廠接收原始工藝數(shù)模、技術(shù)要求、沖壓設(shè)備等資料-對(duì)汽車產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行沖壓可行性分析并反饋修改意見T設(shè)計(jì)、修訂、會(huì)簽沖壓工藝圖（即DL圖）T設(shè)計(jì)、修改、會(huì)簽?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)圖-泡沫實(shí)型制作-泡沫實(shí)型評(píng)審、修改及鑄件工藝數(shù)模的確認(rèn)―模具送鑄-NC數(shù)模發(fā)布后鑄件、自制件的加工及標(biāo)準(zhǔn)件采購-模具鉗工組裝與研配-模具調(diào)試、手工取樣-調(diào)整及全模取樣-模具預(yù)驗(yàn)收-模具送到主機(jī)廠進(jìn)行終驗(yàn)收（走線驗(yàn)收）-模具企業(yè)在主量產(chǎn)地進(jìn)行現(xiàn)場服務(wù)-項(xiàng)目結(jié)束并總結(jié)。汽車模具制造屬于典型的單件生產(chǎn)類型，每副模具都需創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、數(shù)控編程、機(jī)加工、裝配與調(diào)試，部分零件需委外加工或外購，特殊工序需委外，這大大增加了企業(yè)生產(chǎn)管理的復(fù)雜性和難度。在激烈的市場競爭中，如何縮短交貨期、保證質(zhì)量和降低成本，一直是模具企業(yè)面對(duì)和思考的問題。下面對(duì)設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)進(jìn)行簡要分析［1］。模具設(shè)計(jì)是模具開發(fā)的核心，它直接決定了模具成本和品質(zhì)，甚至決定模具開發(fā)的成敗。可以說，好的模具是設(shè)計(jì)出來的，不是依靠鉗工調(diào)試出來的。模具設(shè)計(jì)主要包括沖壓工藝設(shè)計(jì)（即DL圖）和模具結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)，根據(jù)DL圖繪制模具結(jié)構(gòu)圖。3.1了解沖壓技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)和主機(jī)廠要求模具設(shè)計(jì)前期，設(shè)計(jì)員應(yīng)熟知主機(jī)廠對(duì)項(xiàng)目模具的要求，讀懂技術(shù)協(xié)議和產(chǎn)品圖，充分了解車型的沖壓生產(chǎn)設(shè)備和沖壓技術(shù)要求。特別是要了解主機(jī)廠的生產(chǎn)方式，如果屬于大批量生產(chǎn)，大型零件多在自動(dòng)線上生產(chǎn)，以機(jī)器人送料；中小型零件則會(huì)考慮順?biāo)突蚰?nèi)搬運(yùn)的自動(dòng)送料形式。工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少?zèng)_壓工序，以減少模具投資、沖壓設(shè)備數(shù)量、操作工人。對(duì)成線生產(chǎn)的零件來說，一般不超過四道工序。目前，不包括拉延前的落料工序，側(cè)圍、翼子板這些復(fù)雜零件一般按四道工序布置。多年前，類似零件有做過五、六道工序的。3.2借鑒別人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)不斷創(chuàng)新模具設(shè)計(jì)不是一個(gè)人的事情，它需要團(tuán)隊(duì)合作。設(shè)計(jì)工作需要拆解，有明確的分工，至少有校對(duì)、審核等分工。集思廣益、融合團(tuán)隊(duì)智慧的模具設(shè)計(jì)才是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場，輸入企業(yè)已有的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)。別人走通的路子直接跟進(jìn)，別人遇到的問題及時(shí)避免。重視沖壓工藝、模具結(jié)構(gòu)圖內(nèi)審，企業(yè)里的資深設(shè)計(jì)師、鉗工有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，要多請教他們。遇到相似件的模具設(shè)計(jì)時(shí)，要多聽聽現(xiàn)場工藝、質(zhì)檢、鉗工人員的意見，主動(dòng)溝通，并整合各方面的信息，參考同類企業(yè)中成熟的工藝和結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。3.3CAE軟件廣泛應(yīng)用沖壓工藝設(shè)計(jì)是模具開發(fā)的核心技術(shù)，包括工序安排、工藝面設(shè)計(jì)、工作部分刃口設(shè)計(jì)等，以往全憑設(shè)計(jì)者工作經(jīng)驗(yàn)來完成沖壓工藝設(shè)計(jì)。近年來，塑性變形理論在板材成形技術(shù)中得到了很好的發(fā)展，CAE技術(shù)在汽車模具中的應(yīng)用日趨專業(yè)、實(shí)用。現(xiàn)在以有限元模擬分析軟件DynaForm、AutoForm.Pam-Stamp為代表的CAE技術(shù)已深入到?jīng)_壓工藝設(shè)計(jì)中。通過CAE軟件，能確定沖裁角度、工藝面形狀、棱線偏移、沖擊線、壓邊力、成型力等，對(duì)工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，幾乎涵蓋沖壓工藝的全過程［2-3］。圖1為行李箱外板拉延模結(jié)構(gòu)分析和實(shí)物對(duì)比圖。在模面設(shè)計(jì)中運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)用計(jì)算凸凹模接觸曲面，使用液壓機(jī)床的加載方式模擬現(xiàn)場模具的工作狀態(tài)。圖1a為拉延凹模等效應(yīng)力圖，圖1b為行李箱外板拉延件實(shí)物。3.4沖壓工藝設(shè)計(jì)要充分考慮材料成本汽車零件沖壓生產(chǎn)屬于批量生產(chǎn)，汽車材料在整車成本中占有較大的比例，各主機(jī)廠非常重視材料利用率的持續(xù)提升。如翼子板在拉延前采用卷落料，經(jīng)過優(yōu)化排樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無廢料排樣，最終材料利用率可達(dá)到40%左右；如車門內(nèi)板采用端頭切角的開卷落料線以節(jié)省材料成本；有的車門內(nèi)板采用激光拼焊形式，把車門內(nèi)板毛坯分成兩個(gè)矩形塊，并使用不同厚度、性能的材料，以降低材料成本。降低材料成本的工藝措施還有很多，如左右件如左右車門外板可以合并生產(chǎn)，一模出兩件；對(duì)梁類零件采用開口拉延；對(duì)外板件采用淺拉延形式，保證壓料面、拉延筋到零件修邊線距離最小，減少工藝補(bǔ)充部分；在工藝、產(chǎn)品質(zhì)量能滿足的前提下，以成形工藝代替拉延工藝；采用復(fù)合成形工藝（即〃模套?！奔夹g(shù)），在大件大孔部分一并沖壓出小件［4］。3.5三維模具設(shè)計(jì)成為主流，不少企業(yè)開始參數(shù)化設(shè)計(jì)目前，汽車模具企業(yè)已由三維實(shí)體設(shè)計(jì)取代二維CAD設(shè)計(jì)。實(shí)體設(shè)計(jì)的圖紙直觀性強(qiáng)，利于加工者識(shí)圖，可以用來直接進(jìn)行數(shù)控加工，減少編程工作量。實(shí)體設(shè)計(jì)還便于模具靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉檢查、模具強(qiáng)度分析、成本核算、工時(shí)核算等。實(shí)體設(shè)計(jì)可使企業(yè)走向無紙化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。實(shí)體設(shè)計(jì)的模型可以直接支持泡沫實(shí)型整體數(shù)控加工，取代傳統(tǒng)的手工制作實(shí)型的生產(chǎn)方式，能縮短工期，減少制造誤差。圖2分別展示了前門外板翻邊整形模和前門內(nèi)板修邊沖孔翻邊側(cè)沖孔模的結(jié)構(gòu)圖［5］。不少企業(yè)正著手研究參數(shù)化與模塊化技術(shù)在汽車模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。以UG或CATIA軟件為載體，采用參數(shù)化造型方法，創(chuàng)建基于特征的三維模型。根據(jù)項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，利用知識(shí)工程建立汽車模具標(biāo)準(zhǔn)零件庫。知識(shí)工程是建立設(shè)計(jì)知識(shí)的模型，用戶可將企業(yè)知識(shí)元素、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)嵌入到三維模型中。這種簡單的類似于面向?qū)ο蟮牟僮?，使得設(shè)計(jì)人員只需正確設(shè)置參數(shù)，按部就班，就可以得到想要的模型，不需要關(guān)注實(shí)體建模的具體過程，讓更多的精力投入到設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中。通過調(diào)用庫中模具零件，減少了標(biāo)準(zhǔn)零件、常用件的重復(fù)建模工作，降低了模型數(shù)據(jù)的冗余度，提高了模具設(shè)計(jì)的效率、質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化，縮短新手的培訓(xùn)與學(xué)習(xí)時(shí)間。各種復(fù)雜模具結(jié)構(gòu)的巧用集成了設(shè)計(jì)者多年的經(jīng)驗(yàn)和睿智。如側(cè)沖多孔時(shí)在凸輪上設(shè)計(jì)自制壓料板，修邊沖孔模上的廢料在二次動(dòng)作后再切斷，側(cè)圍外板內(nèi)窗框部位整形與修邊同時(shí)進(jìn)行，局部修邊與側(cè)沖孔同時(shí)進(jìn)行，天窗頂蓋與無天窗頂蓋共模生產(chǎn)，側(cè)圍外卜板上部復(fù)動(dòng)斜楔整形等等［5］。4.1模具數(shù)控加工技術(shù)目前數(shù)控加工正由單純的型面加工發(fā)展到全面數(shù)控加工，減少機(jī)加工工序，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、一致性。隨著機(jī)床、刀具水平提高，高速高精度加工已在先進(jìn)制造企業(yè)開始采用，通過高速實(shí)現(xiàn)小步距、低殘留的高精度加工，如刃口間隙可以直接加工到位，拉延模型面具備很高的光順性、無接刀痕跡。一臺(tái)適用于汽車模具的高速數(shù)控銑，應(yīng)具有高剛度、高精度、高轉(zhuǎn)速、優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能等。當(dāng)前發(fā)展的模具加工技術(shù)還有少人無人化加工技術(shù)、泡沫實(shí)型全數(shù)控加工等［6］。4.2鉗工制造的只裝不配少修提高模具加工技術(shù)的主要目的是在鉗工制造環(huán)節(jié)做到只裝不配少修，減少鉗工的工作量。目前汽車模具企業(yè)重視提升沖壓工藝、復(fù)雜模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，即CAD/CAM/CAE技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化制造，實(shí)現(xiàn)裝配、研合、打磨等鉗工制作的高效，減少模具調(diào)試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、成本、質(zhì)量的三贏。模具質(zhì)量是主機(jī)廠和模具企業(yè)共同促成的，它需要模具企業(yè)各環(huán)節(jié)的管控到位，細(xì)節(jié)決定質(zhì)量。好的沖壓工藝應(yīng)是整合CAE和經(jīng)驗(yàn)的同步工程，在提升CAE準(zhǔn)確率的情況下，對(duì)多方案比較，得出最佳選擇。一副好的模具應(yīng)結(jié)構(gòu)輕巧、強(qiáng)度合適、結(jié)構(gòu)合理，便于機(jī)加工和鉗工調(diào)試。產(chǎn)品穩(wěn)定性、一致性高的前提是模具加工精度和研合率高，說明制造環(huán)節(jié)也同樣重要。5.1質(zhì)量提升工具質(zhì)量提升工具是單一問題清單的編制、管理和總結(jié)，解決流程有質(zhì)量問題解決六步法，每一個(gè)問題的解決都要嚴(yán)謹(jǐn)遵循六步法。六步法見圖3所示。模具是否合格最終要由主機(jī)廠來判定。5.2夕卜板件的質(zhì)量控制鉗工作業(yè)前需要看懂圖紙，理解沖壓工藝，調(diào)試時(shí)需參考CAE分析報(bào)告。夕卜板件的表面質(zhì)量要求高，它的設(shè)計(jì)、加工、調(diào)試相對(duì)內(nèi)板都有較高的要求。對(duì)外板件除了成形性檢查、失效模式和影響分析（FMEA）、尺寸回彈分析，還要對(duì)其進(jìn)行沖擊線、斑馬線、表面抗凹陷性能檢查等。圖4為以檢具檢查機(jī)罩外板質(zhì)量。圖5為在熒光燈下檢查翼子板斑馬線，觀察是否其間斷和錯(cuò)位情況，同時(shí)還可以檢查零件表面是否存有麻點(diǎn)、凸包、凹陷、劃傷、壓痕、波浪、變形、暗傷、開裂等內(nèi)容。制造階段決定外板件面品的三大基石是：1）拉延件的質(zhì)量其好壞對(duì)面品有決定性影響，拉延工序鉗工工作量約占模具總工作量的一半以上。拉延判定合格的標(biāo)準(zhǔn)有：與CAE分析報(bào)告是否吻合；零件的成形穩(wěn)定性；表面是否有缺陷；是否滿足功能性要求（如型面研合率、沖壓力等）。2）型面研合率拉延之后各工序模具的研合質(zhì)量對(duì)最終的面品有重大影響，制作前期必須確保有效工作型面的研合，后期即提升面品階段基本上是優(yōu)化研合?；鶞?zhǔn)下模工作型面、刃口基準(zhǔn)及組裝的活動(dòng)凸?；鶞?zhǔn)的質(zhì)量是面品的基本保證，其裝配精度必須給予高度重視。綜合以上分析，汽車模具開發(fā)集成了CAD/CAE/CAM技術(shù)。模具企業(yè)以三維CAD設(shè)計(jì)代替二維設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)的一體化。CAE技術(shù)已深入到汽車模具開發(fā)中，用于成形缺陷預(yù)判、沖壓工藝分析和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)正由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)變?yōu)榭茖W(xué)設(shè)計(jì)。模具制造是信息化、數(shù)字化的集成，自動(dòng)換刀裝置、工件在線測量系統(tǒng)等裝備促進(jìn)了模具的高速高精加工技術(shù)的較快發(fā)展，模具加工自動(dòng)化、精細(xì)化已成為趨勢。汽車模具開發(fā)的管控是對(duì)企業(yè)執(zhí)行力的考驗(yàn)，它需要統(tǒng)籌各方資源進(jìn)行高效項(xiàng)目管理與溝通，突出管理的科學(xué)化與信息化。汽車模具開發(fā)實(shí)際上是模具設(shè)計(jì)、制造和管理技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)好品質(zhì)、高效率、低成本的模具開發(fā)?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1