浅谈汽车覆盖件模具的制造

浅谈汽车覆盖件模具的制造国内整车产销量的攀升使得汽车模具的产值持续冲击新高，但生产企业同时也遇到了前所未有的挑战：模具的交付期变短；验收标准和质量要求逐渐增高；模具价格逐渐下降；而企业内部人力资源成本逐年增加（薪资福利、人员流动和员工培训等），即使是在生产模具的原材料、标准件、机床维护和刀具等辅料价格不变的条件下，企业的压力也日益严峻。那么覆盖件模具厂家如何在这种“内忧外困”的环境下保持旺盛的生命力，实现可持续发展，笔者计划从以下四个方面来阐述自己的观点，希望能够对大家有所启发。模具设计和制造模具的制作过程如图1所示。对于一般的模具企业来说，环节①中工法与CAE分析部分自制，结构局部外协较多；环节②基本上全部外协（部分厂家会有消失模型的自制）；环节③大部分厂家能够“较好”地管控进度；环节④在绝大部分企业是失控的，靠激励或者职业操守在维持，根据不完全调查，大部分的覆盖件模具钳工都会患有“腰间盘突出”的职业病；环节⑤、环节⑥基本上是钳工部门在孤军奋斗。笔者走访了很多覆盖件模具厂家，普遍的现象是数控工段的“能力”高过钳工工段，钳工工段模具“堆积如山”，有几十台数控铣床而只有一两台或者三四台CMM测量机，与此同时，钳工队伍也被赋予了“五最”：人员最多、工作时间最长、工资最高、流动性最大以及话语权最响。将比较集中的问题予以归纳后如表所示。前11项属于上游工序把不良制件转到了钳工工段，而后五项属于钳工工段自身的技术管理薄弱造成，15项加起来造成了钳工的五宗最。从图1我们可以判断出，④完成后从模具制作的角度，专属于钳工的工作已经完成，而⑤⑥应该属于公司整个层面的任务。偏差加工技术国内偏差加工的介绍源自天汽模与丰田展开技术合作，常总去丰田考察后介绍的丰田模具的“质量保证图”，业内称其为“间隙指示图”，也有叫做“精细模面设计”、“不等间隙设计指示图”等。1.原理冲压模具的成形性决定了模具的成败，成形性主要靠拉延模具来保证。根据冲压模具主要靠凸形状成形的原理，即在成形的基准侧的相反侧有偏差（与板料的间隙）也会成形。因此我们在偏侧实施某个数值的偏差加工来达到少钳工的目的（见图2）。2.意义实施偏差加工等同于把成熟的经验由人转移到机械加工环节，让CNC机床实现钳工的手工修正和合模试模，从而减少对人的依赖。3.类型偏差加工的类型包括产品部位的偏差加工；压料面部位的偏差加工；拉延筋的偏差加工；工艺部位的偏差加工；切边冲孔工序的偏差加工；翻边整形工序的偏差加工；因压机变形引起的模面补偿；因产品自重产生的模面补偿。4.原则（1）提升质量根据主机厂提供的产品图对搭接位置、棱线和安装位置等做相应处理。（2）改善成形性针对CAE分析报告对板件的起皱、开裂做相应的料厚加减处理，对回弹、扭曲等现象做相应的预处理。（2）提高效率在非基准侧进行偏差逃料处理，降低钳工的研配合模工时。上述叙事本质是把钳工的经验和调试技术迁移到加工数据环节，从而使得模具的质量、制造周期更加有保障。图3是一个非常常见例子，其实偏差加工技术所涉及到的内容非常广泛，从中可以看出此类工作的“繁杂”，这也就是我们通常看到国外（德国、日本尤甚）模面设计人员多于CAM编程人员，甚至替代工法设计（冲压工艺设计）的现象。高精度、高效率的编程与数控加工覆盖件模具的加工是基于成形理论的一种加工技术，不同的功能区域采取不同的加工步距、走刀方式以及加工工艺路线，此处的高精度是针对影响成形性和尺寸精度的部位而言的，需实现按需加工。对于任何的形状面加工我们可以分为三部分：基于体积的粗加工、角落加工以及基于轮廓的精加工，对于这三个部分我们可以形象地将其比喻为吃肉、啃骨头和缝衣服阶段。高精度的编程和加工包括对于流料影响较大的部位进行精加工和超精加工，确保工艺要求得到有效体现；加工过程的余量在线监测，尤其要检查精加工之前的余量，避免因精加工余量的不均匀造成刀具刃口的过度磨损而产生的加工误差；工基准的传递和“引基准”，确保模具加工基准的一致性；机床主轴锥孔和刀具夹持锥度部位的清洁保养，刀具夹持和刀杆材质的选配；大曲率表面的刀具几何参数的选择；精加工刀具路径控制点分布的合理设置；高效率的编程与加工。1.粗加工——吃肉阶段大口吃肉方可体现效率，根据机床的主轴功率、转矩和模具的形状选择合适的粗加工刀具进行区域清除粗加工，基于覆盖件铸造毛坯的余量分布推荐直径在50～63mm，刀尖圆角半径大约切削深度1.5倍左右的刀具进行切削。路径中注意选择光顺轮廓的修圆和路径光顺的高速加工选项。在扫描铸件毛坯用于CAM计算的前提下可以非常容易实现自动换刀的无人值守加工。2.角落加工——啃骨头阶段角落加工具有以下特点：（1）切削环境较为封闭，排屑不易（2）切削路径全部是转弯，刀具跑不起来，感到有劲使不出（3）刀具两面受力或者三面受力情况比较多（4）余量大，影响角落余量的关键因素开口角度，钝角和锐角区域相比锐角区域更难加工；刀具半径，对于锐角区域来说残留余量更多的取决于刀具直径并非仅取决于刀尖圆角半径（见图4）。角落加工的效率和质量决定了精加工的成败，几乎80%的短刀、弹刀以及过切等质量原因是因为角落加工的不理想造成的。假如，我们整体模具的加工工艺是从0.5mm—0.3mm—0.1mm—0.0mm这样的加工路线来安排，那么我们的角落加工很多情况下是2mm到0.1mm再到0.0mm这样的路线来安排，这种条件下基本没有质量保证可言。3.精加工——缝衣服阶段区域划分的合理性以及每个区域的走刀方式决定了我们这件成衣是否穿的出去。随着加工技术的发展，一个加工策略加工整个模具的现象越来越少了，但是抛开模具对加工表面质量的要求不谈，国内绝大部分覆盖件模具的加工技术不可否认落后于江南注塑模具的加工技术至少3～5年。提升数控效率的方法和建议鉴于数控工段的提升，笔者建议突出以下4点：1.加工的连续性加工连续性是加工效率提升的最大障碍，需要调查引起停机事故（比如超过5min以上的停机事件）的各种原因，统计归纳后进行分析，制定解决措施，检查实施情况，进行持续改进。2.机床的维护费用此处所指为正常保养之外的费用，比如说由撞刀、撞机等因技能型和失误引起的额外维护费用。3.加工效率此处所说的加工效率是指用同型号的数控机床在满负荷任务前提下的产出量。加工是刀具系统、机床、控制系统、CAM编程和机床操作的综合作用，实现5者的有机结合方可产生良好的连锁反应。4.加工管理不管是什么类型的模具公司，数控工段永远是整个公司的核心。加工管理大体上可以分为数据管理（稼动率、切粉率、停机率、返工率和日程进度等）和技术管理（CAM编程标准化、加工工艺标准化、加工操作标准、技术闭环管理、自工序完结品质确认体系和效率管理等）两个部分，收集本公司数控阶段的数据方可分析制约产能提升、品质提高的因素。进度管理和自工序完结的质量要求是两条主线，推进持续改善、遵守“现地现物现实”原则，运用可视化和数字化的技术分享手段方可在保证质量的基础上提高效率。质量保证体系和闭环的技术管理质量是在作业过程中得到保障而非靠检验出来的理念，已经得到大家的认可，从公司的角度来说要有一个大的从接单一直到模具移交的品质保证体系图，而每个部门又要有相应的工序保证体系图来详细的描述该工序在本部门的运行过程中如何保证产出符合要求的半成品给后工程客户。这些不能仅仅停留在口头或者书面的文件中，我们从德系、日系模具公司的人员配置可以看出，其加工数据设计人员多于CAM编程人员，而CAM编程人员多于机床操作人员；对于工法设计和结构设计都有丰富而庞大的数据库供工程师参考设计。技术闭环管理是每个企业需要借鉴的方法，PDCA已经在国外企业广泛应用，但是国内企业应用情况不很理想，图5和图6简单说明了该方面的应用步骤。结语偏差加工技术究其根源同样来自于国外持续的改善和闭环管理，我们在引进设备和技术的同时，更要学习这种用数字化和闭环管理来分享经验以及持续改善的方法，才能让模具行业健康持续稳定发展。