精益設(shè)計(jì)提升汽車覆蓋件模具制造效率

        車型更新隨著汽車行業(yè)競爭的日益激烈而越來越快，周期越來越短。模具開發(fā)部門需要對模具開發(fā)各環(huán)節(jié)進(jìn)行總結(jié)分析，縮短開發(fā)周期，以達(dá)到提升模具開發(fā)效率的目的。
       [page] 汽車覆蓋件模具的開發(fā)分為設(shè)計(jì)與制造兩個階段。設(shè)計(jì)包括沖壓SE、沖壓工藝DL圖設(shè)計(jì)、CAE分析與模面補(bǔ)償設(shè)計(jì)、CAM模面設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、FMC、結(jié)構(gòu)以及模面編程，制造包括FMC制作、鑄鍛坯準(zhǔn)備、一次加工、初組裝、二次加工、裝配、研配、調(diào)試以及品質(zhì)提升與交付等過程。模具開發(fā)周期中，整車的模具設(shè)計(jì)周期通常約為4～5個月，而模具制造周期長達(dá)12個月，調(diào)試與品質(zhì)提升占5～6.5個月，因此，提高模具的制造效率對于縮短開發(fā)周期意義重大。
　　1. 覆蓋件模具設(shè)計(jì)與制造現(xiàn)狀
　　覆蓋件模具的開發(fā)近幾年在技術(shù)上已取得較大進(jìn)步，大都已實(shí)現(xiàn)三維DL圖設(shè)計(jì)，工藝進(jìn)行全工序CAE分析，已開始模面補(bǔ)償設(shè)計(jì)，模面進(jìn)行不等間隙設(shè)計(jì)。模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)，進(jìn)行動態(tài)干涉模擬、廢料滑出模擬以及沖壓自動線模擬等。
　　模具制造上，已實(shí)行FMC三維加工，一次加工全程序化，二次加工自動化，模具淬火(推行中頻淬火和火焰淬火)，部分企業(yè)已開展激光淬火，推行火后型面精加工。模具制造已開展“一個流”的制造模式。
　　模具制造周期長的主要原因包括：部分零件裝夾困難，凸凹模間隙不合適、研配工作量大，部分零件開裂、起皺和回彈等缺陷需反復(fù)調(diào)試整改，計(jì)劃管理不當(dāng)以及設(shè)計(jì)錯誤等。
　　2. 工藝與模面設(shè)計(jì)問題
　　(1)產(chǎn)品工藝性不合理，從沖壓工藝上難以完全解決，零件達(dá)不到質(zhì)量要求，調(diào)試難度大，造成模具更改或多次反復(fù)調(diào)試。
　　(2)CAE分析參數(shù)設(shè)置不合理或者分析選用材料性能優(yōu)于生產(chǎn)實(shí)際使用的性能，分析未考慮安全裕度或產(chǎn)品的特殊要求，從而造成工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與制造調(diào)試結(jié)果偏差較大，造成調(diào)試的反復(fù)。
　　(3)工藝數(shù)據(jù)或零件產(chǎn)品數(shù)據(jù)存在缺陷問題，造成后期要在調(diào)試中解決。
　　(4)模面間隙設(shè)計(jì)不合理，造成后期研配的工作量較大，設(shè)計(jì)未考慮零件成形過程中材料的厚薄變化、機(jī)床的凹心補(bǔ)償及零件的膨脹處理等。如圖1所示頂蓋拉延模未著色部位，是按料厚間隙設(shè)計(jì)的，造成已著色部位的型面余量需要全研配掉，浪費(fèi)30多小時。
　　( 5 ) 修邊刃口角度不合理，或正修側(cè)修交接刀處易產(chǎn)生毛刺，常造成調(diào)試的反復(fù)。修邊刃口展開精度不夠或試料驗(yàn)證不準(zhǔn)，造成刃口調(diào)整及補(bǔ)焊加工，特別是有時整改的刃口不垂直、不鋒利以及間隙不均勻，產(chǎn)生毛刺，需多次調(diào)試。
　　(6)模面設(shè)計(jì)未考慮清根或強(qiáng)壓區(qū)域大，需要鉗工清根或研配工作量大。如圖2所示為一個地板拉延凸模著色情況，數(shù)據(jù)整理時圓角未作清根處理，大面積未著色，需要研配解決。
　　(7)工藝信息傳遞不到位，如：鉗工不了解模具各部位的研合要求，表面處理人員對淬火區(qū)域了解不到位，造成返工或信息確認(rèn)時間長。
　　3. 模具設(shè)計(jì)與制造工藝上的問題
　　(1)模具排氣孔、螺釘孔未設(shè)計(jì)出來，需要鉗工自己打，鉗工為讓開背面的筋，找排氣孔位置費(fèi)時費(fèi)力，螺釘孔配作，需要串行，周期長。側(cè)向的孔鉗工打孔效率較低。
　　(2)斜楔和滑塊等或部分小拼塊的裝夾困難，設(shè)計(jì)未考慮裝夾工藝夾頭，往往評審時在現(xiàn)場增加。未有夾頭在加工時需要多次裝夾才能完成，加工精度低;有的實(shí)型制作時是現(xiàn)場加的，編程不了解夾頭位置，程序與實(shí)物不符，易造成撞刀的安全隱患，經(jīng)常造成程序的反復(fù)。
　　(3)模具標(biāo)識無規(guī)范，設(shè)計(jì)實(shí)體無標(biāo)識。特別是無圖化生產(chǎn)，鑄件拼塊剛進(jìn)廠時，零件的區(qū)分查找存在困難，浪費(fèi)區(qū)分時間。
　　(4)型面數(shù)銑加工參數(shù)有待優(yōu)化。傳統(tǒng)設(shè)定精加工余量為0.15mm，模面精銑后的精度±0.05mm，表面粗糙度達(dá)不到要求，尺寸精度差，研合工作量大，周期長。
　　(5)工藝設(shè)計(jì)上，修邊、翻整拼塊型面和刃口在模座和拼塊螺釘緊固一體后加工，模座和拼塊加工的串行影響到模具的制造周期。
　　4. 沖壓工藝與模面設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
　　沖壓工藝與模面設(shè)計(jì)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
　　(1)接到產(chǎn)品數(shù)模時就開展沖壓SE，結(jié)合數(shù)據(jù)庫、CAE分析結(jié)果和評審表單內(nèi)容，應(yīng)用FEMA技術(shù)進(jìn)行分析，將產(chǎn)品問題以ECR報(bào)告的形式與產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門溝通，**大限度地優(yōu)化產(chǎn)品工藝性，在工藝方案設(shè)計(jì)時，考慮零件的質(zhì)量保證。
　　(2)CAE精算。建立內(nèi)外板及典型件的CAE參數(shù)設(shè)置規(guī)范和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立典型件的數(shù)模再造補(bǔ)償方案庫。例如CAE安全裕度的規(guī)定、材料的選定要求、各種材質(zhì)減薄率要求、材料滑移要求以及全工序分析的零件合格率要求等，滿足要求的才能下行。在模具上刻出收縮線、毛坯上設(shè)定網(wǎng)格，零件調(diào)試時，CAE與調(diào)試對比，將結(jié)果納入到數(shù)據(jù)中。
　　(3)設(shè)計(jì)流程中增加加工模面數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的確認(rèn)環(huán)節(jié)，CAE分析時對外板零件進(jìn)行評價(jià)，對凹陷處增加模面補(bǔ)償，減少鉗工的大量研配工時。如圖3所示為背門外板CAE分析牌照角部凹陷情況，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｃ嫣崆皩遣窟M(jìn)行揪起補(bǔ)償(見圖4)，調(diào)試驗(yàn)證效果較好(見圖5)。
　　(4)建立模面間隙設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。拉延模面設(shè)計(jì)時考慮使用沖壓機(jī)床的凹心(檢測調(diào)試沖床和用戶機(jī)床工作臺、滑塊的凹心，建立數(shù)據(jù)庫)，根據(jù)零件大小和種類進(jìn)行模面揪起補(bǔ)償;拉延模模面設(shè)計(jì)進(jìn)行膨脹處理;拉延筋管理面強(qiáng)壓和空開面的間隙處理;考慮零件功能面和解決回彈的強(qiáng)壓和空開區(qū)的間隙處理;考慮材料變薄的模面間隙補(bǔ)償;后序模具模面設(shè)計(jì)，壓件器的強(qiáng)壓區(qū)和整形拼塊間隙負(fù)間隙;對材料變薄處的模面間隙補(bǔ)償。圖6所示為修沖模壓件器按間隙標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的模面，加工經(jīng)簡單拋光后的著色圖片，研合率滿足質(zhì)量要求。
　　(5)工藝設(shè)計(jì)重視修邊毛刺問題，允許條件下優(yōu)先分序修邊，對刃口線展開的數(shù)據(jù)驗(yàn)證總結(jié)提升CAE分析精準(zhǔn)度，保證毛坯展開準(zhǔn)確，取消刃口線驗(yàn)證內(nèi)容。
　　(6)建立標(biāo)準(zhǔn)模面設(shè)計(jì)時對非重要圓角進(jìn)行清根設(shè)計(jì)。
　　(7)設(shè)計(jì)信息及時準(zhǔn)確地傳遞到位是減少反復(fù)的重要一環(huán)，為保證信息的暢通，建立規(guī)范和信息單，如下發(fā)數(shù)據(jù)交接單、研配著色卡、翻整類模具的淬火區(qū)域指示圖等，規(guī)范和信息單均放在PDM及ERP中。圖7所示為供鉗工使用的拉延模著色卡。
　　5. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝優(yōu)化
　　(1)排氣孔和螺釘孔。模具排氣孔和螺釘孔設(shè)計(jì)出來，在數(shù)控銑上打出來，或者垂直的孔點(diǎn)窩，側(cè)向的在數(shù)控銑上打出來，垂直孔鉗工鉆，縮短鉆孔時間，提高精度(見圖　8)。
　　(2)建立異形凸模、斜楔和滑塊等零件的裝夾支撐系統(tǒng)規(guī)范，設(shè)計(jì)預(yù)留工藝夾頭，可達(dá)到編程和加工的統(tǒng)一，提高加工效率和精度。設(shè)計(jì)滑塊的夾頭和裝夾使用示例如圖9所示。
　　(3)模具標(biāo)識。結(jié)合各用戶和模具工廠的特點(diǎn)，建立模具標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，在鑄件模座上和拼塊上設(shè)計(jì)出標(biāo)識或標(biāo)識打印位置，在鑄件上優(yōu)先鑄出來，操作者按照標(biāo)識查找或?qū)μ柊惭b即可，也方便了模具維修。圖10所示為修沖模滑塊和安裝面標(biāo)識示例。
　　(4)對影響精度和效率的數(shù)銑型面加工工藝參數(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合零件的各部位特征，對刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、步距、切削方式和加余量設(shè)定優(yōu)化規(guī)范。例如模面精加工余量調(diào)整為0.05mm、調(diào)整刀具轉(zhuǎn)速和進(jìn)給，模面的數(shù)銑半精和精加工效率提升40%以上，型面粗糙度、精度也得到大幅提升。
　　(5)修邊和翻整拼塊加工工藝路線的調(diào)整。修邊和翻整拼塊型面和刃口分步加工到位，熱處理后再組裝，對于修邊模具的刃口也只留火后精加工的余量，從編程上就分開實(shí)施，節(jié)約了拼塊型面和刃口加工及熱處理的周期。
　　6. 結(jié)語
　　隨著覆蓋件模具數(shù)據(jù)庫的完善和分析軟件的深入應(yīng)用，以及機(jī)床加工精度的提高，只要技術(shù)階段各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作細(xì)化，在設(shè)計(jì)階段考慮前述各種問題，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)源頭開始，進(jìn)行充分的虛擬驗(yàn)證，對以前發(fā)生過的問題或分析發(fā)現(xiàn)的缺陷加以預(yù)防，及早采取措施，信息傳遞到位，就可減少裝配、加工裝夾及輔助時間，提高制造精度，必然會極大地減少研配時間和調(diào)試次數(shù)，滿足沖壓件質(zhì)量要求，**終達(dá)到縮短模具制造周期的目的。