大规模模具制造有几个显著特点：制造总值很高，涉及众多客户，承接多种项目和复杂标准，需要多家协作企业参与。冲压模具制作的通常步骤包括：先制定冲压工艺方案，再设计模具构造，接着制作泡沫模型，随后采购铸造件和标准配件，然后进行机械加工，之后装配模具，最后调试完善。本文重点围绕汽车冲压模具制造的核心环节，探讨保障大规模模具生产的关键技术和管理方法。
冲压工艺知识库及智能化工艺设计
1．冲压工艺知识库
冲压制作是冲压模具技术的关键所在，冲压制作水平的高低直接关系到产品品质和生产节拍。长期以来，冲压制作主要依靠实践经验，因此，即便是制作相同的零件，不同人员提出的制作流程也可能截然不同，而且在设计环节往往难以判断好坏，等到调试阶段时已经不具备比较价值。这种状况反映出制作流程没有固定模式，总有提升空间；同时表明相关环节缺少明确规范，产品品质难以确保。怎样做到冲压流程的稳定运作和统一要求，在冲压模组工艺领域最为关键。要达成大批量制造，必须先攻克这个挑战。
汽车覆盖件冲压模具针对单个车型，涉及大约300到400个冲压零件，依据零件的形态可大致划分为几十类别，每类零件中，关乎工艺的关键部位或特殊点通常仅有少数几个，据此可构建特征分类的知识体系，借助知识工程方法并融合人工参与，研制面向智能冲压工艺分析的系统，运用软件技术确保工艺方案达到优化与规范的标准。这项技术能够突破经验限制，即便是对冲压领域略知一二的人也能胜任这些任务。图1展示了冲压工艺知识库模板的界面情况。
图1 冲压工艺知识库模板
值得注意的是，影响冲压工艺评估的因素，除了工艺技能之外，还包括车身构件自身的构造特点。一个优秀的产品构思，在达成功能性与视觉吸引力等目标的同时，还必须兼顾生产制造可行性及经济性考量。技术实力突出的汽车制造企业通常设有专门的车身成型技术团队，该团队的核心职责是在车辆造型构思环节开展制造可行性评估，同时提出优化方案，针对定制化车身改造项目，还会将过往的设计缺陷纳入当前调整考量，由此能够显著提升模具制造工作的便捷程度。国内部分汽车车身构造在钣金制作方面存在明显不足，一旦完成数模定型，后续调整的环节繁琐、挑战性强，既会耽误项目进度，也可能埋下安全风险隐患。所以，当代车身模具制作过程中，必须在设计环节深入评估钣金工艺的可行性，这是确保模具开发顺利的关键步骤。冲压技术是模具制造的先导环节，需要逐步融入汽车车身的构思环节，这种趋势将推动模具制造单位与汽车厂商、设计单位建立战略合作关系。
2．冲压CAE辅助工艺分析
冲压模具行业借助CAE技术实现了显著的技术革新。当前主流的冲压CAE软件大多采用有限元理论构建而成，例如AUTOFORM、DYNAFORM以及PAM-STAMP等。随着计算机辅助工程技术在模具制造领域的应用日益广泛，相关软件的性能持续得到改进和提升，当前版本已可执行拉延工艺、边缘处理、翻边作业、型面整定以及回弹效应等多项工艺过程的模拟运算。
图2 回弹的计算分析结果
冲压CAE技术的应用效果要发挥好它的几个功能：
构建依据CAE分析成果的冲压工艺评估规范，作为调控工艺的准则，以此实现有效管理，确保工艺质量符合要求。
运用冲压技术的实践经验，把计算机辅助工程评估和知识体系整合起来，能够当作改进冲压流程的有效手段，
（3）结合冲压调试的实际测量，为辅助调试提供参考依据；
工艺控制需借助CAE分析，确保预留足够空间，增强对实际冲压状况的适应能力。
标准化、模板化的快速模具结构设计
计算机辅助设计技术持续进步，三维造型方法实现参数化调控，在模具制造行业普及开来，当前用于冲压模具的立体图形设计软件包括CATIA、UG和Pro-E这些产品，它们都具备良好的参数化设计能力，能够适应大批量模具制造的需求，有助于提升模具构造的绘制效率，从而压缩整体设计所需的时间。借助参数化设计工具，分析各种冲压模具的构造特点，建立模块化设计体系，能够降低重复性构造工作，大幅提升设计效率。不过，因为模具构造设计的同质化，寻求一套通用的模块化方案并不可行，但可以利用关联的标准化参数化局部典型构造，让模具设计流程转变为局部参数化构造的叠加过程，借助软件执行布尔运算达成。模具模板化设计系统见图3。
图3 模具模板化设计系统
模具构造规划是工艺的具象化体现，在常规的模具设计过程中，单个产品的各个工序模具构造规划由不同人员分别负责，彼此间的沟通不足，前一道工序的设计调整信息无法迅速传递，生产环节中工艺调整引发模具构造修改的状况经常出现，造成后一道工序实际上消耗许多时间进行无谓的操作。某种工艺流程里，各个步骤彼此关联，假如能将这些步骤的模具构造相互衔接，就能达成模具设计中的多步骤同步进行。实现同步设计的重要方法是关联设计，当前部分软件的知识工程模块已经可以辅助完成关联设计。借助关联设计，还能让相似零件的模具资源得到重复利用，从而减少设计所需时间。
模具制造领域面临的另一项挑战在于品质管理。单就模具创新层面而言，根本不具备在既有模具基础上进行优化的条件。要确保产品品质，必须完整走完“方案构思－样机测试－方案调整－量产实施”的步骤，不过，受制于时间与费用考量，“样机测试”和“量产实施”时常会合并成一个阶段，所以实际制造时会遭遇各式各样的“问题”，这些“问题”会损害产品品质和进度，有时还会打乱整体生产安排，究其根本，是缺乏了测试环节。借助*的电子技术，能够完成“电子确认”取代“实体核实”。具体操作如下：
确立标准化的设计流程，防止个人化设计倾向引发潜在故障，确保工作稳定运行，提升整体效率。
（2）建立严格的质量控制流程，把好审校关；
借助数字工具实施精准复核，例如研制CAD系统功能单元，执行自动碰撞检测；借助有限元工具开展构造承压测算；借助流态铸造工具实施铸件成型性评估；借助机械动作模拟工具实施模具与冲压线的动态运行考察；借助刀具路径模拟工具实施切削性能考察等。图4展示了模具铸造流程的模拟成效。
图4 模具铸造过程仿真
运用数字确认来取代实体检验有助于品质管理，不过若每个模具都要这样操作，会耗费许多时间，所以借助虚拟模拟运算来制定各类设计规范，再通过软件的审核检测功能来确保各项品质指标，才是最理想的做法。
高速、高精密数控加工
先进数控铣削工艺凭借优异的加工精确度与高效的切削推进速率相结合，是制造优质汽车模具的关键工艺之一。采用高性能数控设备对模具复杂曲面进行加工，能够显著提升加工的精确程度，同时减少加工周期，进而增强模具的整体制造水准与生产效能。
自由曲面数控加工的核心环节在于制定刀具运行方案，这项工作具有基础性作用。惯常的刀具运行方案制定，主要参照待加工工件的形状特征，凭借实践经验来规划刀具运行轨迹，并设定相关切削条件，最终将方案转化为数控指令，由自动化设备执行切削任务。这种加工轨迹要想达成快速、精准的数控切削，就必须依靠数控系统具备出色的程序解析、实时监控等特性，这些特性能在控制加工进程的同时，检测即将处理的数控指令，并依据其运算逻辑适时调整移动速率。部分数控系统还配备了更优的智能偏差修正和外形调控功能，用以提升高性能加工的表现。这些硬件上的*功能，为保证零件加工精度起到了关键的作用。
模具制造过程中，还需关注效率与稳定性能，采用加工路径优化方法能提升效率，不过，如果设计或铸造环节存在偏差，会导致实际加工的物体与预期尺寸不一致，进而引发刀具碰撞，为此，加工前必须对铸件实物进行检验，借助模拟技术执行加工过程模拟（见图5），以此保障加工的稳定性并改进加工路线。
图5 加工过程仿真
精密数控铣削技术与刀具轨迹规划有效应对了单件模具制作需求，然而要确保批量模具生产的高效性，就必须使各类加工设备性能相互协调。模具构造依据加工特性能够划分为模具基体、凹凸模件、边缘修整模块以及整体成型组件等类别，按照不同类别实施专业化的加工流程，能够大幅度提升作业成效。模具订单和类型常有变动，难以准确预估，因此借助恰当的专门化外部加工，是提升效率、管理费用的最佳办法。
数字化模具调试
模具调试是产品成型过程中的关键步骤，因为前期缺少了“实物验证”环节，调试时还要承担找出设计上的不足之处并加以修正的工作。这项工作的成效好坏和所需时间，主要受三个因素的影响：模具工艺和设计的优劣程度；装配师傅调试时的经验高低；调试过程中所使用的硬件设施状况。当前众多模具制造公司在这三点上都存在不足，模具调试环节是问题最多的时期，技术工人往往如同应急处理人员，哪个工程临近交付期限就集中精力处理哪个工程。
钳工的工作量主要包含两个环节，分别是涂色匹配和成品调试。这两个环节存在紧密联系，提升匹配效率也是为了确保调试效果。涂色匹配环节旨在保障上下模具与工件完全吻合，对外板件表面品质具有显著作用，通常需要钳工通过手工推模逐步优化，部分情况下任务量相当可观。上下模的缝隙大小情况，在经过染色结合处理后，色层的厚薄情况能够显示出来，借助“试色结合－精密拍照检测评估－再次精细加工”，能够大幅降低装配人员的研磨工作量，甚至可以不进行研磨，实现这一点的核心在于依据色料的深浅程度转化为厚度数据，并将其与模具表面的加工调整相匹配，这需要借助专门的曲面处理工具软件来执行，制作件的染色结合过程参见图6。
图6 制件着色研合
这个工序的调整过程跟压制作业环节类似，能够借助电子化技术，摆脱对传统做法的依赖，达成流程的规范化，这些电子化技术主要依托物理设备。实际上调整过程里压制成效相当明确，只要配备精准的测量工具，运用物质形变原理，就能够找出处理故障的路径，完全不必仰仗个人经验
构建部件归类信息库也是调试工作的一种途径，借助这些检测信息，能够研制出运用知识技术的智能分析系统，从而达成通过软件完成数字化调试的目标。
数据的流程控制及规模数据管理
制造模具有多个步骤，首先是工艺规划，接着是设计环节，然后是制作实型，之后进行铸造，同时采购标准零件，再进行机械加工，最后调试完成，每个步骤都由不同的部门承担，众多模具相关信息需要在各个部门之间传递，而且上游的产品数据变动十分频繁，如果缺乏有效的流程监管和数据版本控制，后果会很严重，PDM系统就是这样一种具备相应功能的信息系统，可以参考图7。
图7 PDM的数据管理
PDM技术最早在二十世纪八十年代初面世，旨在应对海量工程图纸、技术资料及CAD文件的数字化管理难题，其后逐步延伸至产品研发的三大核心范畴，分别是设计图纸与电子文档的维护、物料清单的管理，以及与工程资料的结合，还有工程变更申请／指令的监控和处置。借助PDM系统软件，其基础依托于规模宏大的工程项目数据库，通过运用信息及功能对接器方案，逐一研制针对CAD/CAE/CAPP/CAM等不同软件系统的联合通道，达成各类数据的自由传输和无缝对接，促成单一数据源以及所有数据的联合使用。PDM的作业流程参见图8。
图8 PDM的流程管理
运用PDM系统能够有效管理项目进展，监督项目运作，克服大规模模具制造的项目管理难题。在PDM系统中，信息传递遵循既定程序，每个环节都指定了具体负责人和监督人，一旦项目遇到阻碍，便可以迅速定位问题关键点，展开协调解决。
产业链信息化管理
汽车模具行业构成，如图9所示，主要涉及四个核心部分：负责整车制造的厂商或冲压业务外包单位，专业化的汽车模具制造商，规模较小的模具生产公司，以及提供铸造、标准件等配套服务的供应商。当前，这些行业参与方大多各自独立运作，彼此间缺乏紧密合作与有效联盟，难以适应大规模模具制造的需求。针对行业三个层级的业务范畴，须设计配套的服务体系，包括客户合作平台、联合生产平台以及供应链合作平台，将这些系统整合到同一的数字化平台中，通过网络化协作模式，为大规模模具制造提供支撑，这是模具行业未来发展的关键途径。汽车制造商或冲压件合作方是产业环节的关键部分，借助平台能够发布生产任务,追踪项目进展,管理质量工作；汽车模具行业作为产业的核心,可以借助平台发掘市场机会,拆分订单任务,开展外部合作或组织采购,监管项目流程,并达成基于业务的企业内外系统整合；汽车模具领域的中小型企业作为产业核心的补充,通过平台可以接到订单,参与生产网络,执行项目任务,提供技术支持等,通过租赁或购买平台提供的软件模块,达成企业资源轻量化数字化；铸造企业、标准件供应商等合作方,能够获取供需资讯,发布供应情况,并完成业务往来。
图9 汽车模具产业链
网络化公共平台有助于消除资源冗余和浪费现象，有助于汽车模具行业实现资源合理调配。当前整个行业的制造资源尚未得到充分利用，使用效率不高，而公共服务平台能够作为行业突破企业界限、提升企业资源利用效率的有效途径。借助构建的互联协作生产体系，借助散布的数字通道，公司可以在辽阔的区域中寻找合作者，组成线上虚拟协作团体，这个团体以市场需求为引导，以互利共赢为关联，将不同单位的生产能力即时联合，从而达成资源的高效配置，并提升资源的使用效益。
