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联系汽车模具生产技术趋势
发布时间：2007-12-16 11:56:07点击率：
技术类别：机械技巧
冲压工艺、结构设计和制造技术是汽车模具生产技术的集中体现，这些技术的进步主要取决于CAD/CAM/CAE技术的提高。在汽车模具制造行业，计算机应用技术和数控加工技术正越来越显示出其核心技术的作用。
当前，国内的汽车模具产业面临着 的巨大生机和超速发展。这种发展突出表现在以下几个方面：首先是多元化的巨额投资。日资、台资、欧美资等汽车模具企业大量涌现；民营、上市、国营改制汽车模具企业正在加紧扩建和追加投资，而且每一个企业的投资额都高达几千万到几个亿；其次是汽车模具制造的关键加工设备——大型龙门数控加工中心成几何级数增长，一个企业拥有10台、20台或30台这样的设备已不足为怪；再次是高素质人才迅速向模具行业汇集； 是汽车模具市场繁荣，许多模具企业都出现供不应求的大好局面。
投资、设备、人才和市场几个因素 终要依靠生产技术才能转变成生产力。面对当前的新形势，技术特别是关键技术的发展，对汽车模具行业的发展具有深远的意义。
CAE技术
汽车模具设计制造的核心技术是冲压工艺技术。冲压工艺技术包括工序设计、成型型面设计、修冲刃口设计等等所有涉及产品成型部分的技术。因此，冲压技术水平决定了模具的设计制造水平。
目前国内模具制造水平同国际先进水平的 大差距就体现在冲压工艺水平的差距上。以往我们的冲压工艺技术主要靠人的经验，随着国内高品质的车身生产周期变短，靠过去的经验来完成冲压工艺已不可能。
一、CAE软件的成熟与应用
以有限元模拟分析软件为代表的CAE技术在国际上的应用已有近30年的历史。近10年来,塑性变形理论在板料成型技术中的应用取得了很大的进步，使CAE技术在汽车模具制造中的应用变得非常成熟，将CAE应用于冲压工艺设计，可使试模时间减少50%以上。目前，CAE技术已成为国外大型汽车和模具企业必不可少的工具。CAE的广泛应用，应归功于CAE商业软件的大力发展,其中代表性的软件有：
● 美国Lawrence Livemore国家材料实验室的LS-DYNA3D软件；
● 法国ESI公司的PAM-STAMP软件；
● 法国DYNAMIC SOARE公司的OPTRIS软件；
● 美国ETA公司的Dynaform软件；
● 瑞士Autoform公司的Autoform软件。
这些软件各有所长，对板料成型分析都非常专业和实用。目前，国内 的汽车模具公司都应用了CAE软件，并以 Autoform软件的应用居多。天津汽车模具有限公司通过2年的努力，CAE应用率已经达到了100%，明显地缩短了模具调试周期。
如果说，前几年模具制造的 技术是CAD，那么现在就是CAE。可以预测，今后几年CAE技术在国内汽车模具厂中的应用，就象今天的CAD技术一样普及。
二、辅助冲压工艺设计
传统CAE软件只能做成型性分析，且需要专业人员做大量的前处理，如果对分析结果不满意，还需从头再来。由于传统的CAE软件只是一种验证的手段，主要用于方案的比较，不能用于工艺的辅助，从而造成CAE技术长期游离于生产过程以外。如今CAE软件已发展成不仅能做单纯的成型分析，且能参与冲压工艺的全过程。我们称之为计算机辅助冲压工艺。
在工艺设计方面，CAE具备了冲压方向的自动或辅助确定、快速生成拉延面、坯料尺寸的确定、修边线的展开等非常实用的功能，并且精度远远高于凭人的经验或其他CAD方法所得到的结果。在分析方面，针对冲压成型，使得确定冲裁角度、棱线偏移、拉延冲击滑痕、面成型品质、压边力、成型力等各种分析得到完善，分析内容的广泛性和实用性都早已超出了原来的CAE内容。
目前，CAE软件已成为模具设计流程中必不可少的一部分。它高度面向 终用户，操作者既不需要很深的CAE知识，也不需要过多的实际调试经验就可方便地使用它。
在发达国家，CAE软件分析结果的模拟符合性大于95%，即使是 初应用，也可达到60～80%的准确率。特别是在方案对比、成型裕度分析、不可展翻边展开等方面，CAE的结果非常精确。
当前，CAE技术发展的重点是回弹分析和工艺参数的自动优化，如果解决了这两个难题，将再次带来革命性的进步。
实体设计应用
当前国内汽车模具企业已将二维CAD广泛应用于结构设计中，部分企业将三维实体设计应用于部分模具的设计中，只有极少数企业能够做到100%的实体设计。应该说实体设计取代二维CAD是发展的必然趋势。
实体设计 大的优点是设计过程非常直观，能对结构进行详细真实的描述，确保设计的合理性，在模具静态和动态干涉检查、模具强度分析等方面具有明显的优势。特别是在当前经验丰富的设计人员大量短缺的情况下，新从事模具设计的人员从实体设计入门，可经过短期培训，3、 4个月以后就可以在别人的指点下较好地完成模具实体设计。过去一个生手达到同样水平，至少要1～2年的时间。
一、实体设计对生产全流程的影响
实体设计不但使设计方法发生了改变，而且使生产全流程也发生巨大变化。
1、无图化生产
实体设计使企业走向无图化生产。企业完全抛弃2D图纸，可以节省2D图出图时间，由此可减少大约25～40%的模具结构设计时间。从这个意义上讲，实体设计优于2D设计。无图化生产是建立在生产过程实现了全数字化的基础之上的，实体设计和数字化制造是互为必要条件但并不是互为充分条件。实体设计可以催生无图化生产，无图化生产反过来才能充分体现实体设计的优势。无图化生产能全面提高汽车模具的制造水平和生产效率，是今后一段时间通过CAD/CAM两种技术互动，取得技术新突破的关键。
2、实型数控加工
实体设计可直接支持泡沫型的数控加工，取消传统泡沫实型的手工制作，能大大缩短制造周期和提高制造精度。
3、全数控化加工
实体设计直接支持模具构造面的NC 程序化加工。尽管大多数企业采用数控机床加工模具构造面，但仍然没有脱离人工识图和手动操作，现场识图所浪费的时间以及人工操作的不连续性等，致使加工效率大大下降、人为失误大大增加。一般由人工操作加工模具构造面时，出粉率很难超过40%，而采用NC程序化加工模具的构造面，可以将机床的出粉率提高20%～50%（出粉率=机床实际切削加工时间/机床总工时）。可见，提高出粉率的潜力是非常大的。
总之，把实体设计的结果直接向后续工序传递，能使各个工序的效率都得到提高。反之，如果实体设计仅面向设计， 终还是以出2D图为设计目的，实体设计的优势就将大打折扣。
二、提高实体设计效率
实体设计存在的 大问题是，在 初应用时设计效率不高。要解决这个问题，可采取以下措施：
1、强化人员培训。人员培训的内容包括软件应用、设计流程和方法等方面的培训。
2、搞好基础开发。实体设计需要积累，需要开发一系列的实体标准件和实体样板模具，以便能自动生成局部构造的小工具等。
3、改变观念。实体设计不单纯是设计方式的变化，更重要的是它实现了后序加工和制造的数字化，也就是无图化生产。即使实体设计为设计本身带来了麻烦，但却使制造更加容易。我们应以提高效率为出发点，将实体设计看作是非常必要和必须坚持的事情。
模具加工技术的发展
模具加工技术的发展就是数控加工技术的发展。数控加工由单纯型面加工发展到全面数控加工；由模具加工发展到实型数控加工；由低速加工发展到高速高精度加工；由以人工操作按图加工发展到无图、少人或无人化加工。当前重点发展的加工技术主要包括：
● 实型数控加工；
● 高速高精度加工；
● 镶块铸件化与高效加工；
● 全数控化加工；
● 少人无人化加工；
● 钳工制造的只装不配少修。
实型数控加工和全数控化加工技术已在前文中论述过，这里就其他技术进行简述。
一、高速高精度加工
目前高速高精度加工已被国际先进企业普遍采用，国内也正在逐步普及并走向成熟。高速加工的目的，不单纯是为了提高加工效率，更重要的是通过高速实现小步距、低残留的高精度加工。
1、高速加工的现状
目前大家普遍认为：机床转速达6000r/min为准高速加工，达8000～10000r/min以上为高速加工。实际上，只有选用高刚度的卡头和刀体、高精度高耐磨的刀具，并保持转速与走刀速度相适应，才可能实现真正的高速加工。汽车模具型面的加工属于高度复杂的自由曲面加工，能不能实现高速加工，更重要的是取决于数控机床曲面加工的动态精度，而不是取决于一般机床<
当前，国内的汽车模具产业面临着 的巨大生机和超速发展。这种发展突出表现在以下几个方面：首先是多元化的巨额投资。日资、台资、欧美资等汽车模具企业大量涌现；民营、上市、国营改制汽车模具企业正在加紧扩建和追加投资，而且每一个企业的投资额都高达几千万到几个亿；其次是汽车模具制造的关键加工设备——大型龙门数控加工中心成几何级数增长，一个企业拥有10台、20台或30台这样的设备已不足为怪；再次是高素质人才迅速向模具行业汇集； 是汽车模具市场繁荣，许多模具企业都出现供不应求的大好局面。
投资、设备、人才和市场几个因素 终要依靠生产技术才能转变成生产力。面对当前的新形势，技术特别是关键技术的发展，对汽车模具行业的发展具有深远的意义。
CAE技术
汽车模具设计制造的核心技术是冲压工艺技术。冲压工艺技术包括工序设计、成型型面设计、修冲刃口设计等等所有涉及产品成型部分的技术。因此，冲压技术水平决定了模具的设计制造水平。
目前国内模具制造水平同国际先进水平的 大差距就体现在冲压工艺水平的差距上。以往我们的冲压工艺技术主要靠人的经验，随着国内高品质的车身生产周期变短，靠过去的经验来完成冲压工艺已不可能。
一、CAE软件的成熟与应用
以有限元模拟分析软件为代表的CAE技术在国际上的应用已有近30年的历史。近10年来,塑性变形理论在板料成型技术中的应用取得了很大的进步，使CAE技术在汽车模具制造中的应用变得非常成熟，将CAE应用于冲压工艺设计，可使试模时间减少50%以上。目前，CAE技术已成为国外大型汽车和模具企业必不可少的工具。CAE的广泛应用，应归功于CAE商业软件的大力发展,其中代表性的软件有：
● 美国Lawrence Livemore国家材料实验室的LS-DYNA3D软件；
● 法国ESI公司的PAM-STAMP软件；
● 法国DYNAMIC SOARE公司的OPTRIS软件；
● 美国ETA公司的Dynaform软件；
● 瑞士Autoform公司的Autoform软件。
这些软件各有所长，对板料成型分析都非常专业和实用。目前，国内 的汽车模具公司都应用了CAE软件，并以 Autoform软件的应用居多。天津汽车模具有限公司通过2年的努力，CAE应用率已经达到了100%，明显地缩短了模具调试周期。
如果说，前几年模具制造的 技术是CAD，那么现在就是CAE。可以预测，今后几年CAE技术在国内汽车模具厂中的应用，就象今天的CAD技术一样普及。
二、辅助冲压工艺设计
传统CAE软件只能做成型性分析，且需要专业人员做大量的前处理，如果对分析结果不满意，还需从头再来。由于传统的CAE软件只是一种验证的手段，主要用于方案的比较，不能用于工艺的辅助，从而造成CAE技术长期游离于生产过程以外。如今CAE软件已发展成不仅能做单纯的成型分析，且能参与冲压工艺的全过程。我们称之为计算机辅助冲压工艺。
在工艺设计方面，CAE具备了冲压方向的自动或辅助确定、快速生成拉延面、坯料尺寸的确定、修边线的展开等非常实用的功能，并且精度远远高于凭人的经验或其他CAD方法所得到的结果。在分析方面，针对冲压成型，使得确定冲裁角度、棱线偏移、拉延冲击滑痕、面成型品质、压边力、成型力等各种分析得到完善，分析内容的广泛性和实用性都早已超出了原来的CAE内容。
目前，CAE软件已成为模具设计流程中必不可少的一部分。它高度面向 终用户，操作者既不需要很深的CAE知识，也不需要过多的实际调试经验就可方便地使用它。
在发达国家，CAE软件分析结果的模拟符合性大于95%，即使是 初应用，也可达到60～80%的准确率。特别是在方案对比、成型裕度分析、不可展翻边展开等方面，CAE的结果非常精确。
当前，CAE技术发展的重点是回弹分析和工艺参数的自动优化，如果解决了这两个难题，将再次带来革命性的进步。
实体设计应用
当前国内汽车模具企业已将二维CAD广泛应用于结构设计中，部分企业将三维实体设计应用于部分模具的设计中，只有极少数企业能够做到100%的实体设计。应该说实体设计取代二维CAD是发展的必然趋势。
实体设计 大的优点是设计过程非常直观，能对结构进行详细真实的描述，确保设计的合理性，在模具静态和动态干涉检查、模具强度分析等方面具有明显的优势。特别是在当前经验丰富的设计人员大量短缺的情况下，新从事模具设计的人员从实体设计入门，可经过短期培训，3、 4个月以后就可以在别人的指点下较好地完成模具实体设计。过去一个生手达到同样水平，至少要1～2年的时间。
一、实体设计对生产全流程的影响
实体设计不但使设计方法发生了改变，而且使生产全流程也发生巨大变化。
1、无图化生产
实体设计使企业走向无图化生产。企业完全抛弃2D图纸，可以节省2D图出图时间，由此可减少大约25～40%的模具结构设计时间。从这个意义上讲，实体设计优于2D设计。无图化生产是建立在生产过程实现了全数字化的基础之上的，实体设计和数字化制造是互为必要条件但并不是互为充分条件。实体设计可以催生无图化生产，无图化生产反过来才能充分体现实体设计的优势。无图化生产能全面提高汽车模具的制造水平和生产效率，是今后一段时间通过CAD/CAM两种技术互动，取得技术新突破的关键。
2、实型数控加工
实体设计可直接支持泡沫型的数控加工，取消传统泡沫实型的手工制作，能大大缩短制造周期和提高制造精度。
3、全数控化加工
实体设计直接支持模具构造面的NC 程序化加工。尽管大多数企业采用数控机床加工模具构造面，但仍然没有脱离人工识图和手动操作，现场识图所浪费的时间以及人工操作的不连续性等，致使加工效率大大下降、人为失误大大增加。一般由人工操作加工模具构造面时，出粉率很难超过40%，而采用NC程序化加工模具的构造面，可以将机床的出粉率提高20%～50%（出粉率=机床实际切削加工时间/机床总工时）。可见，提高出粉率的潜力是非常大的。
总之，把实体设计的结果直接向后续工序传递，能使各个工序的效率都得到提高。反之，如果实体设计仅面向设计， 终还是以出2D图为设计目的，实体设计的优势就将大打折扣。
二、提高实体设计效率
实体设计存在的 大问题是，在 初应用时设计效率不高。要解决这个问题，可采取以下措施：
1、强化人员培训。人员培训的内容包括软件应用、设计流程和方法等方面的培训。
2、搞好基础开发。实体设计需要积累，需要开发一系列的实体标准件和实体样板模具，以便能自动生成局部构造的小工具等。
3、改变观念。实体设计不单纯是设计方式的变化，更重要的是它实现了后序加工和制造的数字化，也就是无图化生产。即使实体设计为设计本身带来了麻烦，但却使制造更加容易。我们应以提高效率为出发点，将实体设计看作是非常必要和必须坚持的事情。
模具加工技术的发展
模具加工技术的发展就是数控加工技术的发展。数控加工由单纯型面加工发展到全面数控加工；由模具加工发展到实型数控加工；由低速加工发展到高速高精度加工；由以人工操作按图加工发展到无图、少人或无人化加工。当前重点发展的加工技术主要包括：
● 实型数控加工；
● 高速高精度加工；
● 镶块铸件化与高效加工；
● 全数控化加工；
● 少人无人化加工；
● 钳工制造的只装不配少修。
实型数控加工和全数控化加工技术已在前文中论述过，这里就其他技术进行简述。
一、高速高精度加工
目前高速高精度加工已被国际先进企业普遍采用，国内也正在逐步普及并走向成熟。高速加工的目的，不单纯是为了提高加工效率，更重要的是通过高速实现小步距、低残留的高精度加工。
1、高速加工的现状
目前大家普遍认为：机床转速达6000r/min为准高速加工，达8000～10000r/min以上为高速加工。实际上，只有选用高刚度的卡头和刀体、高精度高耐磨的刀具，并保持转速与走刀速度相适应，才可能实现真正的高速加工。汽车模具型面的加工属于高度复杂的自由曲面加工，能不能实现高速加工，更重要的是取决于数控机床曲面加工的动态精度，而不是取决于一般机床<
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