冲压属于汽车制造其四大工艺里的其中一个,车身制造精度于很大程度上由冲压以及其总成精度所决定,冲压技术源自大批量生产的发展还有需要,特别是汽车工业的发展,如今还是这样,近些年来,我国冲压模具水平有了很大程度的提高,大型冲压模具能够生产单套质量达到50多吨的模具,为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能够生产了。我国冲压模具,在数量方面有了很大发展,在质量方面有了很大发展,在技术方面有了很大发展,在能力等方面有了很大发展,然而,与国民经济需求相比,差距仍很大,与世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型的高档模具每年仍大量进口,一些精密的高档模具每年仍大量进口,一些复杂的高档模具每年仍大量进口,一些长寿命的高档模具每年仍大量进口,国内高端汽车模具企业,除了要满足传统模具企业对于质量的要求外,除了要满足传统模具企业对于成本的要求外,除了要满足传统模具企业对于周期的要求外,冲压模具高端新技术的研发必将成为国内模具制造业今后重点发展的方向,冲压模具高端新技术的应用必将成为国内模具制造业今后重点发展的方向,值得业内人士的重视。
迅猛发展的中国汽车工业,为国内汽车模具带了辽阔发展空间,因成本与市场因素致发达国家模具制造重心逐向以中国为代表的发展中国家转移,国际国内诸多个体因素推动国内模具工业高速发展,于是涌现诸多新兴汽车模具企业,据模协统计包括重点骨干模具企业达近110家,其中冲压模具约占37%,中国成名副其实汽车模具制造大国。我国汽车覆盖件进行自动化生产,虽说并非高速冲压的那种情况,然而自动化水平却是相当高的,这主要体现于,在广泛采用自动化成线冲压这个方面。完整封闭冲压线,一般由4台压机组成,成线冲压,中间是机器人自动送料和取件,生产节拍约为10至15次每分钟,典型的是首台双动1630t和后续的800t压机组成;地板、顶盖类内覆盖件采用自动或半自动化生产,这类零件主要由批量决定其生产方式,一般采用自动化或半自动化生产。本土企业最初起步,除合资公司外,基本上都是采用半自动化冲压的生产方式,半自动化冲压对压机提出了特定要求,压机台面要大,由于成形力偏大,需要首台压机为2000t或2400t,后续压机为1000t或1250t以上,底盘骨架件多由零部件公司制造并发往主机厂,成规模的零部件公司一般有6条冲压线,考虑到便于质量控制和主机厂生产物流管理,这类零部件公司都有焊接甚至后续的油漆或喷涂工艺,从而能够向主机厂直接提供总成部件。
精密冲压技术起源于瑞士,伴随钟表制造业发展而来,是汽车工业发展里关键技术之一,在汽车一些总成制造方面有重要应用,像门铰链总成、玻璃升降器总成等,这类零件料厚3至5mm,对于零件要求精度高、强度好、总成动作顺畅可靠,经过多年发展,它在我国汽车工业取得可喜成就,目前我国涌现一批实力雄厚的精冲企业。
多工位级进模代表了冲压模具的发展方向,精度要求极高,主要为汽车电子信息产业仪器仪表电机电器等配套,精冲模同样代表了冲压模具的发展方向,寿命要求,同样极高,主要为汽车电子信息产业仪器仪表电机电器等配套,这两种模具国内已有相当基础,已引进了国外技术设备,个别企业生产的产品已达到世界水平,但大部分企业仍有较大差距,总量也供不应求,进口较多。精密模具为大规模集成电路配套,为引线脚100以上及间隙0.2mm以下的引线框架配套,为精度5mm以上的精密微型连接件配套,为1.6mm以下的微型马达铁芯配套,此皆发展重中之重。我国汽车模具高端路线是模具企业发展必经之路,市场需求与发展促使其他大中型冲压件配套的大型多工位级进模也应重点发展。
国内高端汽车模具企业技术提升延缓,技术创新能力欠缺,模具新技术研发于应用能力匮乏,国内高端模具开发能力无法充分契合国内汽车产业配套需求,高端汽车模具很大一部分 reliant on 进口,国内高端模具企业时有生产负荷不足之况,不得不更改初始市场定位,抢占中低端市场。企业生存问题已然解决,然而因中低端市场利润率极低,致使投入研发与技术创新的资金极少,在一定情形下形成恶性循环,促使企业未能步入良性发展循环,上述缘由致使我们距真正的汽车模具“制造强国”仍有一段间距。如今,鉴于国内高端汽车模具企业数量较多,造成其面对的市场竞争愈发激烈。国内高端汽车模具企业,除了需要满足传统模具企业对于质量的要求外,还要满足对于成本的要求以及对于周期的要求,并且模具新技术的研发与应用,必将成为国内模具制造业今后重点发展的方向。
一.汽车冲压模具设计与制造能力的现状
模具制造技术水平高低,是衡量一个国家制造水平高低的重要标志,在很大程度上,它还决定着其产出产品的质量、效益以及新产品开发能力,同时,模具是企业的“效益放大器冶,依靠模具生产出的最终产品的价值,常常是模具自身价值的几十倍、上百倍。
在汽车、电子、电器、仪器仪表、家电、航空航天、建材、电机和通讯器材等产品里,约60%至80%的零部件都要依靠模具加工成形,因为利用模具生产制作具备高效率、低成本、高精度、高一致性的特性,所以模具在国际上被称作“工业之母”。于市场范畴而言,汽车行业是最大的模具消费领域之一,电子信息行业是最大的模具消费领域之一,家电和办公设备行业是最大的模具消费领域之一,机械行业是最大的模具消费领域之一,建材行业是最大的模具消费领域之一,上述所说的这些行业在整个模具市场里所占份额超过百分之八十,当中汽车模具市场预估未来会维持年均百分之十以上的年均增长速率 。
模具行业要发展,企业要发展,必须把握时代脉搏,自觉主动地调整自己的技术结构。传统的模具设计制造技术要用先进适用的高新技术进行,模具的技术含量必将逐步且快速地提高,现代化工业企业管理技术也必将逐步替代作坊式的管理模式。经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽说这是这样,然而我国在冲压模具设计方面的能力,以及制造方面的能力,与市场所需要的情况相比,和国际先进水平相较,依旧存在着较大的差距。
近年来,围绕汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,涌现出一些新的快速成形方法,例如目前已开始在生产中应用的无模多点成形及激光冲击和电磁成形等技术,它们表现出降低成本、提高效率等优点,这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计方面,还是加工工艺方面,以及能力方面,都有较大差距。轿车覆盖件模具,其设计难度大,其制造难度大,其质量要求高,其精度要求高,它能够代表覆盖件模具的水平。
国内在设计制造方法与手法上基本达成国际水准,于模具结构功能层面也近乎国际水平,于轿车模具国产化进程里迈进一大步,然而于制造质量、精度以及制造周期等维度,同国外相较仍存在一定差距,汽车覆盖件模具制造技术持续提升与完善,高精度、高效益加工设备运用渐渐广泛,高性能五轴高速铣床和三轴高速铣床应用日益增多。NC技术的应用越来越成熟,DNC技术的应用也越来越成熟,NC技术能够进行倾角加工、超精加工以及DNC技术能够进行倾角加工、超精加工,这些都提高了模具型面加工精度,这些都提高了模具的质量,这些都缩短了模具的制造周期。
我国模具行业专业化程度尚处于较低水平,模具自产自配比例过高,国外模具自产自配比例通常为30%,我国冲压模具自产自配比例为60%,因自配比例高,冲压模具生产能力的分布基本跟随冲压件生产能力的分布,然而专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模专业生产企业的分布,不少并非跟随冲压件能力分布,而是往往取决于主要投资者的决策。
二. 汽车覆盖件主要冲压工艺及发展应用
汽车制造以及使用的环境,在国内外持续发生变化,这对汽车车身的开发,提出了更高的要求,尽管受到投资成本、工艺可靠性等因素的困扰,国内一些中小企业,将优化现有生产工艺,作为企业发展的首选,不过在国外以及国内的一些大型企业中,已开始广泛去研究和开发板料成形新技术、新工艺其中涵盖液压拉深、热成形以及旋转落料等,采用新工艺存在诸多技术上的优势,能够提高材料利用率,减少零件制造工序,降低生产成本。在汽车工业以及航空、航天等领域,减轻结构质量从而节约运行中的能量,这是人们长期以来所追求的目标,并且也是先进制造技术发展的趋势之一。拿散热器支架来说,散热面积增加了43%,焊点从174个减少至20个,工序由13道减少到6道,生产率提高了66%;提升强度与刚度,特别是疲劳强度,像液压成形的散热器支架,其刚度在垂直方向能够提高39%,在水平方向可以提高50%;降低生产成本。根据对液压成形零件应用情况的统计分析,其生产时的成本相较于冲压件平均而言降低了百分之十五到百分之二十,模具所需费用降低了百分之二十到百分之三十 。
在生产当中,要是因工件的几何形状,或者特别要求,致使其没办法被胀形到最终尺寸,那么还得对工件开展切割、冲压或者铣削加工 。于实际应用的层面而言,内高压成形工艺凭借其结构以及设计的多样特性,成功地运用在了生产强度高、寿命长、重量轻的零部件之上,像汽车排气管、前、后悬挂、底盘以及结构零件等 。当前,欧宝发动机支架、BMW仪表盘支撑梁以及大众公司某汽油发动机排气管制造均采用内高压成形技术 。在处于热成形的进程当中,鉴于热应力是实际存在着的,致使材料非常容易就产生裂纹,一般的情况之下能够采用借助增加工序的方式,把总变形量予以细分化解到每一个成形工序之中的办法来进行解决;起皱状态能够在增添工序这个基础之上,借助过渡结构去除掉。只不过增加工序不仅是需要增添模具的数量,而且每一道工序结束之后坯料表面会因为氧化以及温度不均等等诸多原因致使模具滑动面之间极其容易出现卡死现象,所以热成形模具结构应当尽可能地保持简单 。
对于汽车冲压件制造企业而言,在汽车冲压件成形过程中采用新技术和新工艺,存在投资大的风险,存在新技术不够成熟的风险,然而,只有掌握了新技术,才有可能更大程度地降低成本,只有掌握了新工艺,才有可能更大程度地提高劳动生产率,只有掌握了新技术和新工艺,才有可能在市场竞争中觅得先机,不断地开发和采用新技术、新工艺,代表着汽车制造业的发展方向,不断地开发和采用新技术、新工艺,代表着汽车制造业的未来。
三.汽车冲压模具设计的 CAD/ CAE 系统集成技术
代表有限元模拟分析软件的CAE技术,在国际上应用有着将近30年历史。近 10 年里,塑性变形理论于板料成形技术中的应用有很大进步。这使得CAE技术在汽车模具制造中的应用变得成熟。把CAE应用于冲压工艺设计,能够让试模减少50%以上。当下,国内许多汽车模具公司都应用了CAE软件。并且以Autoform软件的应用最为多。CAE应用显著地缩短了模具调试周期 。在传统供成形性分析实现的CAE软件里,需要专业人做大量前处理,若分析结果不如意,就得从头开始,因传统CAE软件仪为验证手段,主要用于方案比较,无法用于工艺辅助,致使CAE技术长期游离于生产过程之外。
如今,CAE 软件有了新发展,不光能进行单纯的成形分析,还能够参与冲压工艺的整个过程,这就是计算机辅助冲压工艺,当前,CAE 软件已然变成模具设计流程里不可或缺的一部分,它极为面向最终用户,操作者既无需具备很深的 CAE 知识,也不需要拥有过多的实际调试经验就能够便捷地使用它,以往一个生手要达到相同水平的话,起码得花费 1 至 2 年的时间。目前,市场上通用的CAD/CAE系统同10年前相比,有了很大改变,以前的系统较为通用化,如今针对模具制造实际情况作了诸多适应性开发或转化,这无疑是巨大的进步,现在市场上一些比较典型的CAD/CAE系统功能十分强大,然而在实际应用中,因环境改变,总是难以达成预期效果,或者存在少许不尽如人意之处。从长远来讲,降至成本以及服务的视角瞧,要是存在功能强大的国产CAD/CAM系统那就更佳。从长远的角度来看,CAD/CAE的集成会变成一种需求或者趋势,实际上当下有着诸多此类尝试,然而从应用效果方面看并非十分理想。
CAD/CAE系统开发者要有必要给覆盖件模具的设计思路来些特别细致的梳理,进行分析,做特徵化处理,之后从软件系统角度找个结合点。软件系统间集成一直在不断向前推进,物理上网络化处理没啥问题 ,现在一些模具厂已实现PDM环境下的CAD/CAM集成。从系统开发与模具厂工业应用二者关系的角度出发,若没有工业应用,便不存在能供借鉴的相对成熟经验,模具厂倘若要进行应用,那就需要投入资金,而投入资金是需要有收益的 。新工艺新产品持续涌现,在此情况下,国外冲压模具朝着多功能组合模具、生产线配套组合模具工装、特大型级进模还有微细零件冲压成形模具等方向发展,是常规的单副级进模的发展方向转变,然而中国企业多数依旧把重点置于常规的单副级进模系列化与产业化方面,尚未掌握特种高精尖模具的关键技术,像用于特大型高精及微细型零件成形模具方面,超高速冲压和超薄、超强冲压模具的关键技术也没掌握,并且对多功能复合模具设计得不多。

中国仍需不停地进行新型模具的关键技术研究,将其应用领域予以拓展,给赶超国际先进水平筑牢根基。多工位与多功能冲压模具的基础零部件以及配套件,是模具整体快速发展的根本条件,然而中国鉴于热处理、材料、标准件等模具基础零部件以及配套技术和质量水平比较低,高档模具的基础零部件以及配套件大多依靠进口,所以,中国迫切需要提高模具基础零部件以及配套件的技术和质量水平。模具设计制造是专门技术,实践性很强,长期,中国对模具设计制造实践性很重视,然而,对冲压模具基础理论技术研究重视不足,致使模具设计制造基础理论技术发展缓慢,另外,冲压模具企业专业化分工不够细化,小而全大而全模具企业占主导地位,企业核心竞争力难形成,企业自有技术及创新能力落后于国外先进模具企业。
另外,模具材料落后,标准件也落后等模具基础领域的技术存在滞后情况,这直接对中国多工位冲压模具的整体技术水平造成了影响,还对多功能冲压模具的整体技术水平造成了影响,所以,在多工位冲压模具的基础技术支撑这个范畴内存在诸多薄弱之处,在多功能冲压模具的基础技术支撑这个范畴里同样存在诸多薄弱环节。我国在模具设计制造技术方面创新不足,对于诸多先进模具里的关键设计内涵与技术,以及制造工艺中的基础技术、 理论和核心技术掌握欠缺,致使模具整体水平提升艰难,一直处于技术跟进与追踪的阶段,要达到乃至超越国际先进水平还缺少相关设计和制造基础技术的支撑 ,所以中国仍需持续开展新型模具的关键技术研究,拓展其应用领域,来为赶超国际先进水平筑牢基础 。
5 汽车冲压模具制造对机床和刀具的要求
提高生产率以及保证产品质量的重要基础是先进的加工技术与装备。在先进的汽车模具企业当中配有双工作台的数控机床并不少见,配有自动换刀装置也不鲜见,配有自动加工的光电控制系统同样不稀奇,配有工件在线测量系统亦是如此。数控加工已经从单纯的型面加工发展到型面和结构面的全面加工,从由中低速加工发展到高速加工,加工自动化技术发展极为迅速。汽车模具材料的质量以及性能是影响模具质量的重要因素,是影响模具寿命的重要因素,也是影响模具成本的重要因素。近年来,不断有多种冷作模具钢推出,其中包括高韧性和高耐磨性冷作模具钢、火焰淬火冷作模具钢、粉末冶金冷作模具钢,除此之外,国外在大中型冲压模具上选用铸铁材料,这是一个值得关注的发展趋势。球墨铸铁具有良好的强韧性,球墨铸铁具有良好的耐磨性,球墨铸铁的焊接性能较好,球墨铸铁的可加工性较好,球墨铸铁的表面淬火性能也较好,并且球墨铸铁成本比合金铸铁低,所以球墨铸铁在冲压模具中应用较多。
汽车模具制造走向精细化属于必然趋势,针对模具精细化制造,是针对模具开发过程以及制造结果来讲的,具体呈现为冲压工艺以及模具结构设计具备合理化,模具加工拥有高精度,模具产品有高可靠性,技术管理存在严密性。模具精细化制造并非一项单纯技术,是设计、加工以及管理技术的综合体现。模具精细化制造得以实现,除依靠技术上追求卓越,还需借助严密管理予以保障。数控加工,从单纯型面加工,发展至全面数控加工,又从低速加工,发展到高速高精度加工,还从以人工操作按图加工,发展成无图、少人或无人化加工 当前着重发展的加工技术,主要涵盖高速高精度加工,全数控化加工,少人无人化加工,以及钳工制造的只装不配少修。
目前,高速高精度加工,已然被国际上先进的企业广泛采用,国内呢,也正处于逐步普及且朝着成熟迈进的阶段。高速加工的目的,并非仅仅单纯为了提升加工效率,更为关键重要的,则是借助高速来达成小步距、低残留的高精度加工成果。高速高精度加工编程曲面的实际加工速度和精度的高低态势,除了是由于机床的性能所决定的之外,在一定的条件范围之下,更加取决于加工工艺以及数控编程技术。我们应当予以重视并且深入研究数控编程技术对于加工精度以及效率所产生的影响。刀具即时进给速度,与刀具轨迹的曲率半径直接相关,当曲面变化非常大时,不管设定的F值多大,实际平均走刀速度都会非常低,而且如果F值设置过大,会出现过切和抹角现象,严重降低型面精度,高速高精度加工的NC编程,比普通加工麻烦得多,只有投入大量的编程工时,和编程人员才有可能完成编程工作,但这种投入,会因为加工效率和精度的提高而得到成倍的回报。
汽车冲压模具制造对于设备是有要求的,这要求主要体现于稳定性方面,还体现于可靠性方面。如今的设备越发依赖设备安装人员的技能,同样依赖其职业素养,设备安装人员必须要将设备安装妥善,要调试至最佳状态,在就操作人员展开培训时一定要着重强调设备使用要点,要强调设备保养要点以及这些要点所带来的结果。模具制造企业针对花了大量资金购入的设备怀有极大期望,这便需要各方付出努力,以此实现其预先设定的目标,达成共赢与和谐。要是设备厂家可以定期回访用户,并且上门服务,甚至开展一些大修服务以及改造等那就更佳。汽车冲压模具制造对于刀具的要求主要是质量、价格、研发能力以及交货期。当前应当重视和发展的技术因企业存在差异而有所不同,不过总结起来不外乎是冲压工艺、结构设计以及制造技术等三个方面,其所对应的便是CAD/CAM/CAE技术的提升。在汽车模具制造行业,计算机应用技术和数控加工技术正愈发彰显出其核心技术的作用。
四.汽车冲压模具技术的发展前景
汽车覆盖件存在着内外的差异,因此也就产生了内外覆盖件模具的区分,内覆盖件的表面质量重点在于回弹以及扭曲方面的问题,而模具的稳定可靠关键在于防范拉伤、改进制件的翘曲和变形,外覆盖件的表面质量主要涉及划痕、孔与边上的毛刺、局部凹陷、贴合面成形质量、总成件装配之后的间隙等方面的问题,模具需要工作部分制作精细优良,装配精准无误,模具动作流畅无阻等。
应当讲,国内已然充分具备制造一款完整的中级车车身模具的能力以及技术,然而模具并非批量生产,任凭哪一套模具,无论由哪家模具厂制造,最终依旧是由具体承担其设计制造任务的具体人员达成。我们能够在整体经验积累以及标准化层面开展诸多工作,只是由于是单件生产,因而实际上依然是由个人水平所决定的。当前国内整车厂的内覆盖件模具主要由国内进行制作,而部分关键外覆盖件模具采用外包形式。外包是因为国外有着更为丰富的经验,发包方对于产品制造周期以及质量有着更大的期待。事实上外包制作的模具存在着许多问题,然而对于发包方而言,在心理上会觉得国内问题更多。
在经济全球化进程里,在中国从“制造业大国”向着“制造业强国”稳步挺进时,“服务科学”“服务制造”等一系列现代理念得以萌芽并出现,这对于中国模具行业的发展来说,必然会产生意义非凡且重大的影响,模具行业服务制造业的特性将会极大程度地增强,模具理应是最早融入“服务制造”范畴的生产装备,全面审视模具技术的发展走向以及模具行业的发展前沿状况,模具技术整体呈现出的发展趋势是,从模具自身品质的提升朝着冲压件产品的控形控性以及一体化解决方案的方向不断发展。发展方向是, 用户要求从主要考量模具自身品质朝着控制模具所生产的最终产品品质转变,从对模具品质的单一诉求朝着为用户产品提供一体化解决办法转变 ,用户要求突破了模具产品自身界限,得于产业链上探寻系统解决办法,迫使模具技术与企业朝着制造业相关产业链延伸 ,所以,一大批多领域交叉技术的运用以及以模具为核心的系统解决办法将是今后模具的主要发展特征 。
综合中国当下冲压模具之发展状况,以及其所存在的问题,能够看出,多工位与多功能冲压模具算作最具希望赶上国际先进水准之中的模具,只是,这还要求模具企业于专业化细分领域、自主创新层面,还有设计以及制造工艺基础理论与技术这块,开展深入且细致的研究工作,从而为中国多工位与多功能冲压模具的整体技术赶上国际先进水平奠定良好基础,并且,于维持电机铁芯自动叠片级进模、空调换热器翅片级进模、集成电路框架级进模、电子连接器级进模等高水平模具发展之际,重视发展大型汽车零件级进模、多功能复合冲压模具、微小零件冲压模具、特殊板料等微特冲压模具及其技术,进而整体提升多工位与多功能冲压模具之水平。
随着电子信息等高新技术持续发展,市场需求朝着个性化与多样化方向发展,未来有着高速精密冲压技术,还有以高档模具为核心的发展总趋势,是朝着精密化方向发展,朝着高速化方向发展,朝着柔性化方向发展,朝着网络化方向发展,朝着集成化方向发展,朝着信息化方向发展,朝着智能化方向发展,朝着低碳环保方向发展,朝着全球化方向发展。我国模具业起步比较晚,不过凭借下游机械加工等相关行业需求支撑,行业整体发展速度较快,规模也在持续壮大。近年来,我国模具机床制造业取得了长足的进步,经济规模实现了由小到大的迅猛增长,在世界范围内连续多年位居第一位。然而,从总体的情况来看,我国模具机床制造业依旧处于国际分工以及产业链条的中低端位置,高端产品的市场竞争力欠缺,并且相关企业为高端细分市场提供综合服务的能力相对来说比较薄弱,导致我国国民经济以及国防安全重点领域的装备需求仍旧严重依赖进口,从而受制于人。模具机床制造业长久以来存在一个突出的薄弱之处,那就是不具备对用户制造工艺深刻掌握以及透彻理解的能力,也没有为用户供给全面解决方案的能力,这还是限制我国高端模具以及周边产品迈入涵盖航空制造业等在内的高端细分市场领域的主要阻碍。要强化模具机床制造业跟用户之间的沟通,构建紧密的合作关系,促使两者共同发展 。
目前,不存在一个能有效促进双方沟通的沟通平台,所以,两个行业要共同搭建一个沟通平台,以此加强双方沟通,进而提高模具机床制造业为相关行业提供服务的综合能力与水平,促进双方建立紧密合作关系,促使其共同发展。
五. 结语
冲压工艺技术是汽车模具设计制造的核心技术,冲压技术水平决定模具设计制造水平。随着国内汽车工业持续发展,中国汽车模具工业不断进步,国外汽车模具厂竞争优势日渐削弱,最终会愈发认同国内模具。企业唯有不断转型升级,才是模具产业变大变强的唯一出路。模具产业从大到强转变属于系统工程,关键要把控两方面,其一为加速发展方式转变,着重质量效应,达成又好又快发展,其二是坚守技术进步,促使产业升级,契合制造业对模具的新需求。
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