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1、汽车固定托板冲压工艺汽车固定托板冲压工艺 与模具设计与模具设计1 1 前言汽车模具是汽车工业的重要基础工艺装备。在汽车生产中，90以上的零部件都需要依靠模具成形，6070的金属零部件需经塑性加工成形。冲压是金属塑性成形的一种最基本、最传统，也是最重要的金属加工方法之一。在新车型的开发中，90的工作量都是围绕车身而进行，约有 60的开发费用用于车身、冲压工艺及装备的开发上。在整车制造中约有 40的费用用于车身冲压件及其装配。当前，世界范围内的汽车制造业面临着市场激烈竞争的严重挑战，在新能源汽车的开发方面，多国竞争更是方兴未艾，汽车新车型的开发周期已经从过去的 1.5 年缩短至 1 年左右，并且还
2、将继续缩短。汽车冲压模具的制造周期是影响新车型上市快慢的重要因素，汽车冲压模具的质量在很大程度上决定了汽车本身的外观和质量，所以冲压模具是决定汽车车型开发是否成功的关键因素。1.11.1 国外汽车模具行业的发展状况国外各大汽车公司都对汽车模具的设计和制造技术的发展极为重视，各大汽车公司都有自己的模具制造厂，生产汽车关键零件的模具，特别是主要外观件所用的模具。例如，日本丰田公司的冲压模具工厂就是世界上最大、最先进的汽车模具制造厂之一。虽然该工厂的模具制造能力很强，但并不生产丰田公司所需的全部模具，主要负责整车零件的冲压工艺和整车模具的协调和设计制造车身内外覆盖件等主要零部件的模具，而地板和骨架等
3、零件的模具全部外协制造，其模具自制率约为60。除了汽车生产厂家的模具厂外，还有大批的汽车模具专业公司为汽车制造业服务，其中知名的如同本的获原、富士、宫津，美国的 COMAU 公司等等，在国际汽车模具制造业都具有很高的地位。例如 COMAU 汽车模具公司就具有每年开发 10 个车型模具的能力，其制造的模具包括多工位传递模、多工位级进模(连续模)、液压成形模、金属热成形模和原型模具等。为了缩短模具的设计制造时间和降低成本，COMAU 公司的许多模具设计制造工作都外包给外面的公司完成。因此，其周边产生了许多为其服务和协作的模具设计公司和机械加工公司，使其能更好地利用相关的资源。该公司大型覆盖件模具的
4、交货期为 46 个月。专业化生产是汽车模具行业的一个显著特点，专业化分工是提高生产效率、缩短模具设计制造周期和保证模具产品质量的必然发展趋势。例如，有的企业仅制造整体侧围、前翼子板、发动机罩内外板、车门内外板、行李箱内外板等主要覆盖件模具，其余均由外围协作厂完成。又如，西班牙的 DOVER 公司专门制造车门模具，以生产四门模具而著称。有的厂家专门制造地板及结构件模具，还有的模具厂家专门制造多工位自动化模具。除了专业的汽车模具厂家外，国外还出现了一批汽车模具试制专业公司。例如，意大利MODEL MASTEL 公司专门设计制造新开发车型的白车身、组装样车。从汽车概念设计到主模型制造，最后到样车出厂
5、，为汽车主机厂提供一条龙服务。又如美国的Quality Metalcraft 公司专门为新车型开发模具和小批量试制服务。模具专业化生产使模具企业更加突出了白己的核心业务，有利于积累丰富的产品开发、生产管理及服务的经验，可为汽车制造业客户在短期内提供高质量、低成本的模具。国外汽车模具行业发展的另一个显著特点就是各种高新技术的广泛应用，使汽车模具的设计制造技术水平达到了一个空前的高度。这些强力推动汽车模具行业快速发展的新技术，包括数字化模具技术、冲压成形过程模拟、高速加工、自动化加工、拼焊板和高强度钢板冲压技术、信息化管理技术等。汽车轻量化技术，如拼焊板和高强度钢板的应用，将汽车冲压工艺和模具设计
6、制造技术推向了一个更高的水平。以高速加工和自动化加工为代表的先进制造技术，使汽车模具制造设备精良化，大大提高了模具的生产效率和加工精度。以 MIS、MES、ERP 为代表的信息化管理技术，大幅提升了模具企业的管理水平，使管理更加科学化，对缩短模具制造周期和降低模具成本发挥了重要作用。经济全球化对国际汽车模具制造业产生了深刻的影响，近年来工业发达国家将中低档模具的生产不断地向包括中国在内的发展中国家转移，并且也越来越多地到这些国家采购模具，以降低其汽车生产成本。尽管如此，我们还是应该清醒地看到，工业发达国家汽车模具行业依然保持着其核心竞争力，在大型、精密、复杂模具的设计制造技术方面仍有着明显的优
7、势，特别在高档轿车模具技术方面还占据着不可替代的位置。1.21.2 国内汽车模具行业的发展状况自 2000 年以来，我国汽车行业快速发展，2010 年汽车总产量已超过 1800 万辆，新能源汽车也被国家列为战略性新兴产业，在国家政策的引导下将会快速发展。在节能减排政策推动下，汽车轻量化技术将越来越受到重视。我国汽车工业的高速发展，为汽车模具提供了旺盛的市场需求，推动了汽车模具行业的快速发展，使汽车模具行业的整体水平也得到迅速提升。十年前，我国的汽车冲压模具行业还只限于一汽、东风、天汽、成飞、南汽等为数不多的几家骨干企业，现在己发展到 200 家左右。大批民营企业快速发展，并已具有相当规模，已经
8、成为我国汽车模具行业的重要组成部分。现在，国内汽车冲压模具产值超亿元的企业已有 10 多家，5000 万元至 1 亿元的企业有 20 家左右，这些企业是我国汽车模具行业的主力。现在我国的汽车冲压模具年产值已达到 90 亿元左右，就能力而言，目前的产能已超过 100 亿元，其中天津汽车模具有限公司的产值就已达到 8 亿元左右。 2001 年以前，我国的汽车冲压模具生产厂家还主要以生产卡车车身模具为主，随着我国汽车模具行业整体实力和技术水平的大幅提升，轿车模具现已成为汽车模具制造企业的主导产品，它也是汽车冲压模具水平的体现。一汽、天汽、东风、成飞等处于第一梯队内的汽车冲压模具企业，现已能制造轿车的
9、翼子板、整体侧围、四门三盖和大型复杂地板等主要覆盖件的全工序模具，并实现了由中低档轿车模具向中高档轿车模具的跨越。近 5 年来，在我国上市的数十款自主开发及合资生产的汽车中，其生产所需的模具和夹具有 50以上是由国内汽车模具企业制造的。我国汽车模具行业现已具备了生产中档轿车整车模具的能力。有的轿车 0EM 厂商已经将 B 级轿车的整车模具交由我国模具企业制造，这体现了我国汽车模具行业设计制造水平的快速提升。多功能模具、高效多件冲压模具、多工位模具、大中型骨架件级进模等新型模具开始起步，拼焊板和高强度板模具的开发水平稳步提升，870MP 甚至更高的高强度板和不等厚激光拼焊板模具国内已经可以生产。
10、作为部分企业的新产品，这些类型的模具己开始逐步占领国内市场，有的甚至进入了国际市场。我国汽车模具行业近年来在装备水平方面显著改善，许多企业都大量购置了先进的模具加工设备，包括 3 5 轴高速加 T 中心、大型龙门式加工中心、数控铣床、多轴数控激光切割机等，以及人型测量和调试设备。除了硬件设备外，大部分企业还同时配备了先进的软件，包括CADCAECAM 软件和企业信息化管理软件等。因此，我国汽车冲压模具企业的设计水平和制造能力已大为提高。以前，一个企业很难在一年内完成一个整车车身模具的生产，现在一些骨干企业己具备了这个能力。有的企业通过行业协作还具备了一年内同时完成 4-5 个车型全套车身模具的
11、能力。按照现有的装备水平测算，国内已经具备了一年完成 30 个左右车型整车车身模具的能力。我国汽车模具行业近年来发展的一个趋势是，一些个业除了发展自身的生产能力外，还加强了企业之间的联合、协调与协作。国内汽车模具界已对组成战略联盟、共同面向市场方面达成了共识，而且已经开始了各种形式的合作。如“龙头”模具企业在承接了整车模具的任务后，除了自己完成整体协调和关键模具外，还按模具制造的复杂性、难易程度、企业的专业化分工及其能力和特长，把部分模具交给多家企业制造。由于这种企业问的联合可以使各企业间相互配套，优势互补，可合理配置资源，发挥群体优势，达到互利互惠、合作双赢、共同发展的目的，汽车模具企业问的
12、合作、联合或联盟，已成为我国汽车模具行业发展的重要趋势。我国汽车模具行业发展的另一个显著特点是高新技术普遍应用，技术水平迅速提升，自主创新能力不断增强。目前，CADCAECAM 技术己在我国汽车模具行业普遍应用，大部分企业可应用 CAD 设计软件进行二维或三维模具设计，并实现了模具的数控加丁。除了应用商品化的 CAD软件进行模具设计外，不少企业还进行了 CAD 软件的二次开发。例如，一汽模具制造公司研发了冲压模具知识模板，实现了拉延模、压合模的模块化设计和参数化设计。天津汽车模具公司等企业建立了模具标准件库，实现了模具的三维设计的全面应用。现在，许多模具企业已能够运用 CAE 技术分析冲压成形
13、过程，预测成形缺陷，优化冲压工艺和模具结构；部分企业在高强度板 CAE 成形分析和自身经验数据库方面还做了许多卓有成效的工作。这些都对缩短模具开发周期和提高模具质量有良好效果。模具企业设计、制造的软件条件已基本达到或接近国际水平。国内汽车模具的检测技术水平近年来也显著提高，三坐标测量设备普遍应用，在保证模具产品质量方面发挥了重要作用。特别是 Atos 光学扫描设备的应用，在模具检测、冲压零件检测、模具修理与复制等方而使检测效率大大提高。许多企业将坐标扫描设备和反求工程软件应用于样件和模具的测量，通过反求建立 CAD 模型，用于模具产品的开发和模具的修复，提高了产品研发和为客户服务的能力。近年来
14、，国内汽车模具企业的管理水平和能力也在不断提升，不少企业为了改变不规范、落后的管理方式，结合企业的实际情况，正逐步建立起适合自身特点并能满足市场需求的管理模式。许多企业实施了信息化管理系统，在产品设计和技术管理中，实施了 PDM 系统；在文档管理、知识管理、工作流管理、项目管理和权限管理等方面实现了信息化管理，从而提高了设计效率和管理水平，取得了良好效果。与此同时，人才管理也已越来越受到企业的重视。一些大型骨干模具企业还建立了以项目为基础、贯穿生产全过程的信息管理系统，包括项目计划、工作量分配、计划执行过程跟踪、质量状态监控等功能。在汽车模具企业的发展壮大过程中，人们已深刻地认识到“技术是企业
15、发展的动力，管理是企业发展的灵魂” 。虽然我国汽车模具行业已得到了较快发展，但与国际先进水平相比尚有很大差距，尤其是在企业管理和人才方面的差距更为突出，设计、加工、调试及标准化等方面也有不少差距，我们必须重视。1.3 汽车冲压模具技术的发展趋势当前，冲压技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁和智能化的生产方向发展。车身冲压技术还呈现出模块化、自动化、毫米冲压和特种成型技术等新趋势。汽车冲压模具有很好的发展前景，其发展趋势当与冲压技术的发展方向相吻合，多工位自动化智能模具和为智能生产服务的高性能模具将逐步成为今后技术发展的重点。在国内外汽车模具行业的发展中，除了生产专业化、设备精良化、经营国际
16、化、以及行业战略联盟的发展等成为重要的特点外，模具技术的发展呈现出以下趋势：包括三维设计技术、冲压成形过程的模拟(CAE)技术、可制造性设计(DFM)技术、智能化型面设计技术、制造过程的 CAPP、CAM、CAT 技术、并行工程和协同设计以及虚拟制造等内容的模具数字化技术；包含模具型面和结构面的加工、高速加工、一体化加工中心、光电控制系统、工件在线测量系统等内容的各种模具加工自动化技术；高强度板冲压技术和与高强度钢板应用相关的激光拼焊板的冲压技术；发展包括多工位自动化模具、级进模、多功能模、热压成形模、液压成形模、轻金属和复合材料成形模等的新型模具以及模夹一体化产品；发展特殊铸铁和高性能模具材料及与此相关的材料处理和各种表面强化技术；包括精益生产流程及ERP、CRM、SCM、PM、PDM、PLM、MES 等先进信息化管理工具及系统的发展与应用等内容的管理科学化与信息化技术；模具的精细化制造和标准化设计与生产，等等。2 2 工艺方案的制定工艺方案的制定2.1 零件的工艺性分析本次设计的题目是汽车固定托板的冲压工艺与模具设计，此工件分飞件和件。根据所给
