浅谈汽车覆盖件模具制造技术

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1、浅谈汽车覆盖件模具的制造技术浅谈汽车覆盖件模具的制造技术 上海世岚精密模具科技有限公司 卜相岭、田伟华 国内整车产销量的攀升同样使得汽车模具的产值持续冲击新高，但是随着 同行业间的不良竞争，覆盖件模具行业的生存环境并没有得到好的改善：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。而在企业内部 人力资源成本逐年增加（薪资福利、人员流动、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 是日益严峻。那么如何在这种“内忧外困”的环境下覆盖件模具厂家能够保证旺 盛的生命力，持续发展，笔者计划用以下四个方面来阐述自己的观点，希望能

2、够 对大家有所启发。 一、 模具设计和制造的目的。首先大家要明确模具的最终目的：为了能 够稳定生产合格板件。 为确保达成此目的从接单一直到模具移交的各个 环节来开展工作。我们把技术和制造环节大体分解如下： 附图 1：模具的制作过程 对于一般的模具企业来说，环节中工法与 CAE 分析部分自制，结构局部 外协较多；环节基本上全部外协（部分厂家会有消失模型的自制） ；环节大 部分厂家能够“较好”的管控进度；环节绝大部分是失控的，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、环节基本上是钳工部门在孤军奋斗。笔者走访了很多的覆 盖件模具厂

3、家，普遍的现象是数控工段的“能力”高过钳工工段、普遍的现象是 钳工工段模具“堆积如山” ，普遍的现象是有几十台数控铣床而只有那么一两台 或者三四台 CMM 测量机，于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、话语权最响。先把这类比较集中的问题予以归 纳后再做分析。 钳工能力低的假象 问题 为什么我公司数控能力“高”，钳工能力“低” 现状 数控加工完的工件很早完成，堆积在钳工工序，数控机床闲置，而钳工天天加班，模具 仍然难以交付 分析 数控工段的任务并 没有实际完成 加工是否都检验合格？ 1) 凹 R 角是否避让？ 2) 侧壁是否存在让刀？ 3) 是否下游工序

4、对上游工序有检查表？ 4) 是否每件关键尺寸都有检测报告？ 每个部件的基准是否统一？ 5) 模具是装配体，许多部件是单品加工，如果基准出错，将造成 累计误差，造成钳工装配困难 设计阶段是否对全 部模面都做等间隙 处理？ 6) 是否根据 CAE 分析的破皱对上下模间隙做加减处理？ 7) 是否考虑因受力后压机变形对模具本身造成的影响？ 8) 是否考虑因工件自重引起的变形？ 9) 是否对基准面、基准孔、搭接面做处理？ 10) 是否对成形性、回弹等问题做预估？ 钳工工序对于合模、 试模有没有流程，是 否经常反复 11) 是否在研配、组立、合模、试模环节存在标准和流程？ 12) 是否每个工作人员都清楚这

5、些标准和流程？ 13) 是否每个工作人员都遵守这些标准和流程？ 14) 单个模具部件是否有研配指导书？ 15) 对试模问题点详细整理、对试模问题点消项进程化、责任化？ 结论 钳工很大程度上是 替设计、加工等前工 序的不良“埋单” a) 在整个模具的开发制造阶段推行阶段质量确认工作。 b) 推行间隙设计技术。 c) 推进钳工工序的流程化工作，把问题点日程化、责任化； 前 10 项属于上游工序把不良转嫁到钳工工段， 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。 从附图 1 上可以判断， 完成后从模具制作的角度，专属于钳工的工作已经完成，而已应该属于公 司整个层

6、面的任务。 二、 让数控加工来替代钳工手修、压机合模试模。 2.1 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。 附图 2：偏差加工示意图 2.2 背景。国内偏差加工的介绍源自天汽模与丰田展开技术合作时，常 总去丰田考察的一篇文章，这篇文章网上都有流传。文章中介绍了 丰田模具的“质量保证图” ，国内很多叫做间隙指示图，也有叫做精 细模面设计、不等间隙设计指示图等等，但是从原理上来看还是叫 做偏差加工更加符合实际的意义。

7、 2.3 意义。实施偏差加工等同于把成熟的经验由人转移到由机械加工环 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。 2.4 实施偏差加工的原则： 2.4.1 提升质量。根据主机厂提供的产品图对搭接位置、棱线、安装位 置等做相应处理。 2.4.2 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。 2.4.3 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。 2.5 偏差加工的类型 2.5.1 产品部位的偏差加工 2.5.2 压料面部位的偏差加工 2.5.3 拉延筋的偏差加工 2.5.4

8、工艺部位的偏差加工 2.5.5 切边冲孔工序的偏差加工 2.5.6 翻边整形工序的偏差加工 2.5.7 因压机变形引起的模面补偿 2.5.8 因产品自重产生的模面补偿 PUNCHPUNCH B/H DIEDIE 偏差加工偏差加工 传统的模具加工数据和调试 新的模具加工数据和调试 附图 3：偏差加工示意图 我想以上也就是大部分模具企业所提到的能够少钳工或者消灭钳工的一个 初衷吧，但是其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、 周期更加有保障 （人的经验和手艺有高低， 统一由数控加工来实现， 保证了高质量；把原来只能串行的工作前移到铸件回厂之前的“呆滞”时间段进 行详

9、尽的加工数据设计从而实现并行任务来缩短模具的开发制造周期） 。 附图 3 仅仅是举了一个非常小的例子，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。 三、 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、不同的走刀方式、不同的加工工艺路线，此处的高精度是针对 影响成形性和尺寸精度的部位而言，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

10、于轮廓的精加工，对于这 三个部分我们可以形象的比喻为吃肉、啃骨头和缝衣服。 3.1 高精度的编程和加工。 3.1.1 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。 3.1.2 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。 3.1.3 加工基准的传递和“引基准” ，确保模具的加工基准的一致性。 3.1.4 机床主轴锥孔和刀具加持锥度部位的清洁保养。 3.1.5 刀具加持和刀杆材质的选配。 3.1.6 大曲率表面的刀具几何参数的选择。 3.1.7 精加工刀具路径控制点分布的合理设置。 3.2 高效率

11、的编程与加工。 3.2.1 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、扭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 5063mm， 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。 3.2.2 角落加工啃骨头阶段。 人们通常都会说 “那是块难啃的骨头” ， 用在角落加工上是最好不过了。角落加工具有以下特点： i. 切削环境较为封闭，排屑不易 ii. 切削路径全部是转弯，刀具跑不

12、起来，感到有劲使不出 iii. 刀具两面受力或者三面受力情况比较多 iv. 余量大，影响角落余量的关键因素有：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 决于刀具直径并非单单的刀尖圆角半径。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、过切等质量原因是因为角落加工的不理 想造成的。假如我们的整体模具的加工工艺是从 0.5mm0.3mm 0.1mm0.0mm 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 2mm0.1mm0.0mm 这样的路线来安排， 请问这种条件下难道还有 什么质量可言吗？ 钝角区域的残料示意图 锐

13、角区域的残料示意图 锐角清角完成后示意图 附图 4、开口角度对角落残料的影响 3.2.3 精加工缝衣服阶段。 精加工的区域划分类似我们把一块块布来 缝制成一件可以穿的衣服，区域划分的合理性以及每个区域的走刀 方式就决定了我们这件成衣是否穿的出去见客人！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同，国内绝大部分覆盖件模具的加工技 术不可否认落后江南注塑模具的加工技术至少35年。 因篇幅所限， 此处无法展开。 3.3 鉴于数控工段的提升，笔者建议突出以下四点： 3.3.1、 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

14、机事故（比如超过 5 分钟以上的停机事件）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，持续改进。能否做到像 24h 那 样全天候营业的便利店呢？ 3.3.2、 机床的维护费用。此处所指为正常保养之外的费用，比如说因撞 刀、撞机等因技能型和失误型引起的额外维护费用。 3.3.3、 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 荷任务的前提下的产出量。加工是刀具系统、机床、控制系统、CAM 编程、 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化学反应。在工 作忙的时候我们可以安排工程师加班来突击，但是数控机床每天只能运转 24h，如何也能让机床“加班”呢

15、？ 3.3.4、 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、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、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保证质量的基础上提 高效率。倘若大家连精加工前的余量检测意识都没有，那么也就谈不上什么 技术和管理了。 四、 质量保证体系和闭

16、环的技术管理。 4.1、 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；而对于工法设计和结构设计都有丰富而庞大的数据 库能够供工程师参考设计，故我们在做过对比后都会得出我们的前期设计 人员多于对方，但是对于钳工阶段对方反而少于我方的现象不理解。 4.2、 技术闭环管理。 为TQM的理论基础做出突出贡献的质量大师戴明用PDCA 教会了我们的邻邦如何学会持续改善，但我们中国同样有句古话叫做：前 车之鉴后事之师。道理都是同样的。国内很多的同行会纠结于这个最后一 环是如何“闭”的。笔者用两个例子来说明这个问题。 附图 5：PDCA 循环图示 单个问题的 PDCA