汽车模具制造中的新技术

包括数字化模具技术(三维设计、可制造性设计(DFM)、CAPP、CAM、CAT……)、成形过程模拟(CAE)技术、高速加工技术、自动化加工技术、新材料成形技术、表面处理技术、新型(多功能复合)模具技术、信息化管理技术等等汽车模具制造中的新技术作者：王晋文章来源：海克斯康测量技术（青岛）有限公司点击数：207发布时间：03-23新浪微博QQ空间人人网开心网更多模具制造是周期长且工序复杂的采用单件生产方式的制造过程.图1ROMOCUT铣削机器人模具制造是周期长且工序复杂的采用单件生产方式的制造过程。从设计、铸造、加工、修模到试模交付，其中涉及到大量的反复测量和修调工作，因此生产效率是大家公认的模具行业的一个突出的问题。汽车模具有尺寸大、重量大、形面复杂的特点，技术要求也更高。面对越来越激烈的市场竞争，如何能提升技术优势，从而提高产品质量和缩短生产周期，是模具制造商追求的一致目标。本文将针对冲压和注塑模具的生产现状，介绍一些最新技术的发展与应用前景。冲压成形和注塑成型是汽车零部件制造的基本手段。汽车外饰件大都采用冲压而成，而内饰件多采用注塑成型。据统计，汽车制造中有70%~80%的零部件需经模具生产。因此，冲压和注塑工件的制造工艺水平及质量对汽车制造质量和成本有着直接的影响。模具是冲压和注塑成型的关键工具，模具的制造成本和周期影响着汽车的制造成本以及新产品开发的周期。目前，国外汽车界提出缩短产品的市场化周期、降低产品开发费用和减轻汽车重量的发展战略，其中的一个重要环节就是降低车身件模具的制造费用和减少生产周期。同时，模具制造技术也正向着高效节能、安全清洁的生产方向发展。针对汽车模具制造中的加工和测量，海克斯康集团基于自身旗下的产品，与行业大客户合作，开发出了一系列特有的应用技术，受到了越来越多的模具制造厂的关注。图2WLS400白光测量设备柔性铣削系统：模型加工的新方法消失模铸造技术以其成本低、精度高、生产效率高、环保且低能耗的优势成为模具铸造的主要手段。被国内外铸造界称为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。用泡沫塑料材料制作消失模是汽车模具毛坯铸造中的一个重要环节，目前广泛使用的模型制作方法是使用CAM编程和数控加工中心铣削。用先进的5轴加工中心来铣削泡沫塑料恰恰是最不经济和环保的技术：设备昂贵且效率低，加工过程中产生的泡沫碎屑和粉尘严重影响了设备寿命和人员的健康。海克斯康开发的ROMOCUT铣削机器人系统（图1），完美的解决了这一问题。ROMOCUT是专为消失模加工而设计的设备，它由机器人和专用的铣削头组成。这套铣削头的特点是高效率的空心铣刀和相连的真空除屑系统，能够实时清理泡沫碎屑和粉尘，真正做到了空中无尘，地面无屑，机身清洁，作业环境好，环保健康。ROMOCUT不需要地基和机房，是一种可移动式NC设备。对于大尺寸工件，ROMOCUT可进行多机位移动加工，通过关节臂测量机或激光跟踪仪完成机位移动之后的精确重定位。因此ROMOCUT铣削机器人的加工行程不受限制。这样以小机器加工大工件的特点，克服了加工中心加工尺寸受限和需要固定的场所与地基的缺点。ROMOCUT接受通用的NCG代码文件，与通用的加工设备编程没有区别，可以按需要作粗、细加工编程，并保证刀具始终沿表面法线切削。铣头功率1.2kW，主轴转速在2000~12000r/min之间可调，配置一套直径10~50的加工刀具，与普通加工中心相比，有极高的生产效率。该系统可用于诸如聚苯乙烯（泡沫）、油泥和PU树脂等模具和造型材料的铣削加工。ROMOCUT的成本远远低于5轴加工中心，经在南汽模的实际使用，证明是一种更新换代型的技术，性价比极高。图3铸造毛坯及面形数据采集白光测量设备：快速完成面形测量与分析白光作为一种新型的面型测量技术，具有数据采集量大，效率高的特点。海克斯康集团最早与美国通用汽车合作，将白光测量系统（Cognitens）（图2）用于汽车车身件测量已有超过5年的历史。不同于其他仅用于逆向工程的白光设备，新推出的WLS400的曝光时间小于千分之一秒，这得益于高灵敏度的成像器件和高速快门技术，将环境振动的影响几乎完全消除。因此也并不需要固定的相机三角架和工件的固定防振要求。实际上，该系统是地道的手持设备，操作方便而可靠，这是生产车间使用的重要需求。该系统的另一显著特点是不需要在工件上粘贴大量用于保证精度的参考目标，仅有少量用于找正用途的参考点即可。由于汽车模具和车身件的紧密关联性，白光测量系统被用于模具行业就是顺理成章的事了。通过在现场环境下快速测量，有效地缩短了模具制造周期。尤其在现场修模、根源问题追溯中体现的淋漓尽致。以下列举WLS400白光测量设备在模具制造环节中的几种典型应用。（1）毛坯件加工前智能逆向——减少空切及大进刀量众所周知，模具的铸造毛坯件因材料的收缩有无法控制的变化量，所以粗加工余量往往是个不确定值。因此在实际的机加过程中，毛坯件的粗加工无法避免空切（铣刀没有实际加工到毛坯）和进刀过量（铣刀铣削面积过大）的产生，对机床造成的浪费和损伤。白光因其能快速的对毛坯的外表面进行数据采集和智能逆向，生成STL3D三角网格数据（图3）。并结合CAM软件，可以快速设计出最合理的粗加工路径，使得机床的利用率大大提高（通过与北美荻原的合作分析提升约在20%）并对刀具和机床起到保护作用，使得维护成本大大降低。图4分步修模中的试件变化（2）模具调试阶段的快速测量众所周知，模具面形是按零件的CAD数模加工而成的，但我们最终的要求是成型后的零件符合CAD数模，而并不是模具本身。因此反复大量的试模和修模是必不可少的，而且这是影响生产周期的主要因素。这期间，对零件的面形测量是一项费时而细致的工作，白光测量则可以完美的满足这一要求。由于白光测量的高速性，可以实现快速的现场测量，从而使的原先的修模（红丹粉试模→工人经验修模）提升为数字化测量和加工模式（白光测量→精修模具）。其中可以大大节约试模的时间，并实现精确加工。如图4所示，公差0.05mm色差图展示了一个分步修模中的试件变化过程。（3）连续模的各模之间调整在连续模的生产过程中，会用到类似装配过程中出现的过程监控。举例来说，有一套四序模具，经四步冲压成型后可能发现最终结果不满足要求。产生这种结果的原因有很多种，但是问题出现后的分析往往需要大量的试模过程和人工经验判断。图5连续模过程分析白光测量能同步记录同一个零件在各工序间的变化过程，并可对应任一工序的半成品中的任一测点横向跟踪分析。如图5所示，四序模具在成品件部分发现问题，可回溯四序中任一工序找出问题所在。大大节省了试模材料和时间，并能对以前只能依靠经验的修改变成清晰而直观的量化信息。（4）小批量生产中的统计分析功能对应模具产品的交付，客户并不完全关心甚至了解在生产过程中的质量控制手段，只关心两点，即零件的合格率或称为“PIST”（PercentInSafetyTolerance）以及模具的重复性或称为“R&R”（RepeatabilityandReproducibility）。此项工作的核心是大量的数据测量，使用传统的CMM测量效率极低。白光测量技术能非常完美的解决这个问题。首先，白光是一种面测量手段，也就意味10个测点和100个测点甚至1000个测点的测量速度是一样的，单个零件的测量速度大大高于传统CMM测量。其次，白光测量的图形化显示和自带的报告模板编辑能力使得PIST计算和小批量的R&R计算全部在程序内部完成，提高了精确性。（5）合模分析为检查上下模之间的间隙，需要进行合模试验，这同样是一件困难而耗时的工作。用WLS400系统可以提供快速测量和数字化装配，模拟合模效果。如图6所示，对上下模分别测量后，在系统提供的软件中进行数字装配操作，就可以检查任意截面上的间隙大小，为修模提供定量的依据。图6凸模/凹模测量数据（6）成品数据保存经试模合格的最终成品模具，其面形往往早已偏离了最初的理论数模。为保证日后的复制和维修，必须作数据保存，这实际上是一个简单的逆向工程数据采集工作。用白光系统就可以非常容易的完成。结论Romocut机器人铣削系统是对消失模加工技术的极大改进，具有高效，环保的特点，而且设备投资低，是消失模制造行业降本增效的新利器。WLS400白光测量作为一种新兴的快速测量手段，特别适合型面测量。和其他同类测量方式相比，能在更恶劣的环境下使用（不怕振动、车间粉尘及油污染），成为一种非常理想的现场检测设备。加上专业开发的应用软件系统，简单易懂的图形结果，多种的报告及分析手段，将会给模具行业带来全新的测量控制手段，在模具的生产加工过程中发挥越来越重要的作用。汽车车身冲压的新技术和发展趋势作者：文章来源：互联网点击数：419发布时间：06-29新浪微博QQ空间人人网开心网更多1.前言当今世界汽车行业普遍认为，汽车车身冲压成形技术是汽车制造技术的重要组成部分，每一次汽车车身的更新换代都需要开发相应的专用模具和增加必要的生产线。因此在冲压生产中，如何提高冲压生产效率、降低生产成本，正确选取和采用新设备、新材料、新工艺等是冲压技术中的主要课题众所周知，汽车车身的金属件几乎100%为冲压件，而且汽车车身的更新换代速度快。这就决定了冲压成形技术在汽车产品的开发中不仅影响制造周期，还直接影响成本和产品品质。汽车车身冲压成形技术的关键是冲压工艺与模具技术。冲压工艺的合理与否决定了模具调试的难易程度;模具设计决定了模具制造的难易程度及制造管理过程，因而直接影响模具制造成本和周期。尽管国内外已通过长期的实践积累了大量的经验，形成了较系统的设计制造规则和方法，但新技术的出现仍可能为冲压工艺和模具技术的重大变革带来机遇。特别指出的是，以CAD/CAE/CAM为特征的计算机技术在冲压成形中的应用不仅能引起传统工艺流程在周期、成本和品质方面的变化，而且使一些以前难以实现的工艺设想可能成为现实，根据目前国际汽车冲压和模具技术的发展趋势，已经形成了包括模具设计和冲压技术模块化、新材料及复合材料冲压加工工艺、计算机模拟冲压成形及虚拟试模技术、特种成形技术和模具制造技术等重大课题。因此，我国汽车业要想在新的国际变革中站稳脚跟，就必须对此认真加以研究。2.模具设计和冲压技术模块化2.1模块化模具设计汽车车身零件虽然千差万别，但同类零件在尺寸大小和结构特征上一般是相近的，同一类模具的结构特征也是类似的。通过分析模具的结构特征，模块化模具设计将模具划分为模具模架、成形工作部件和基础件等模块，根据其复杂程度采用不同的制造方法，通过并行工程加快设计制造速度。模块化模具设计考虑到模架的通用性，建立常用汽车车身件模具模架库，将常用的汽车车身模具的模架按照规格型号的大小分为大、中和小三个等级，一个车型的大部分大型模具，只要有这三种类型的模架即可。这样不仅可大大减少设计制造的工作量，还可降低设计制造成本。2.2模块式冲压技术模块式冲压是最近几年发展起来的新兴技术，一般模块式冲压加工系统由一台带有控制功能模块式冷冲压的压力机、卷材带材送进装轩、带材矫正机及可编程进给装置等构成。系统在运行时可进行冲模横向位移、带材进给定位、冲模重复运行及自动调整下工步等多项功能。由于在冲压过程中进行可编程冲压，使这种模块式冲压系统能柔性地适应生产需求，在相同带材上进行不同工件及批次的混合生产，实现串接式加工，还同时在工件两面冲压加工，极大地提高了工作效率。模块式冲压的突出优点在于能把冲压加工系统的柔性与高效生产统一起来。概括而言，模块式冲压的特点包括：(1)在冲压成形过程中快速更换组合模具以提高生产效率;(2)由于具有带材的供带和矫带装置，可省却另设上料下料工序;(3)实现了大工件的不停机加工;(4)既能独立又能成系列的控制组合冲模动作，能连续进行冲压加工;(5)冲模具有可编和的柔性特点。3.车身模具新材料和先进制造技术目前汽车行业的研发热点是车身轻量化成形工艺，欧洲汽车专家预测。在未来1O年里轿车自身重量还将比现在减轻20%。当前，发达国家在材料和成形技术开发与应用方面正方兴未艾。使用铝合金和镁合金代替钢铁是目前各国汽车