汽車模具工藝質量自動化方案探討

Delcam(中國)有限公司 翟萬略

談到汽車模具質量控制的自動化，對模具人來說是一種預期和理論上存在的可能性，現階段軟硬件技術、管理模式等的發展很難支持和做到。但對于汽車模具工藝穩定性提高、實現汽車模具制造的工藝自動化，則在一定程度上可以做到汽車模具質量控制自動化；利用軟件足夠的開放性、強大的功能和計算能力，實現一定的定量目標，讓汽車模具的設計規范、制造規范、工藝過程能被復制。

本文針對汽車外覆蓋件(內飾件限于篇幅在此不做論述），從三個方面進行探討： 汽車模具質量自動化快速覆蓋件設計工具;覆蓋件模具企業核心技術，無人職守加工工藝知識庫積累；一汽模具成功應用無人職守案例分享。

一、汽車模具質量自動化快速覆蓋件設計工具

我國汽車內外飾件的制造發展，從過去軟件技術較低階段的產品——棱角分明的老三樣，到現在設計標新立異，極富創意的汽車設計理念，隨著軟件技術、設備技術的發展，制造理念也隨之改變。汽車覆蓋件設計建立在相應的功能模塊上完成；設計質量和相應的設計規范有密切關系，專用設計工具軟件、軟件的客制化能力，決定設計自動化水平和效率。

模型準備是汽車覆蓋件模具設計工藝的設計過程，關系著模具設計的成敗。預先需要考慮的模型準備事項包括：去除模型尖角和小的圓角(見圖1）、模型質量檢查、去除閉角區域、開放區域填充、壓力中心確定、最小拉延深度、最優壓力中心(見圖2）、最少的彈性回變。

圖1 去除模型尖角和小的圓角

圖2 最優壓力中心確定

本文采用Delcam公司的設計系統Powershape Pro的Toolmaker專用功能進行設計覆蓋件工藝補充面快速設計，如圖3所示，通過專用功能對模型壞面修復、切邊展開和生成切邊線，快速工具有效地把數十步軟件操作簡化為幾個基本按鈕，實現模型工藝補充面設計的模型沖壓工藝處理、孔洞的自動填充、模型關順性處理，曲面縫隙智能功能，可以快速找到縫隙，并且由工程師確定填充、忽略或生成縫隙曲線。

圖3

圖4

如圖4所示，對于工藝補充面設計，Powershape Pro的Toolmaker提供專門的汽車覆蓋件工藝設計規范，同時也可以采用用戶定義覆蓋件工藝設計規范，不同工藝面之間的融合和連接，可以自動光順，對于產品邊界自動處理功能，客戶無需對覆蓋件工藝邊界單個面進行工藝補充設計，可以對整個模型生成工藝補充面，然后根據需要進行調整；對覆蓋件設計來說，沖壓工藝往往會通過CAE軟件進行分析，通過CAE分析數據和經驗值對拉延工藝進行調整和處理；Powershape Pro提供的模仿變形功能(全模型變形編輯功能），解決鈑件回彈、斷裂、翹起及其他回彈變形問題，需要加工之后進行補償和修復，做補償面的修改上也有很大局限(見圖5）。高效、創新的三維CAD設計工具，獨有的模仿變形功能，解決鈑金回彈問題，快速修改覆蓋件工藝面，節約加工、修模時間。該功能允許客戶定義全局變形的影響區域 。另外，該功能可以考慮使用在汽車模具企業的CAE部門，經CAE分析數據后，可根據分析缺陷在極短的時間內快速調整模型，進一步進行分析，從而避免CAE和CAD部分之間的反復，設計規范和智能化程度會進一步提高。筆者曾參觀韓國某汽車覆蓋件企業，當模具制作完成后，其根據制件掃描分析的翹曲變形情況，采用Powershape Pro提供的模仿變形功能進行模面修改，進一步加工獲得能夠沖壓出精確制件的精準模具。

圖5

對于汽車覆蓋件模具結構設計，簡單而繁瑣業界同仁頗有共識，基于企業知識庫、標準件庫，Powershape Pro的Toolmaker所包含的FowerFeature功能(見圖6），為這些標準件添加不同的屬性，和模具本體之間的布爾運算關系完美融合，在模具上設計某些裝配特征的同時，自動產生相應的設計元素(包含在FowerFeature元素），部件的FowerFeature可以包含多組特征和設計思路，從而為模具設計知識庫儲備提供有效工具。這和傳統的標準件庫有本質的區別，通過定義組件庫FowerFeatures,設計自動化將能夠部分實現，同時庫的形成即是規范形成，對汽車內外飾件模具設計有著非常積極的意義。

圖6

二、覆蓋件模具企業核心技術，無人職守加工工藝知識庫積累

汽車模具企業數控加工車間，是整個企業投資資本最為集中的區域，設備效率、加工效率、程序安全、刀具成本、維修成本、用人成本、管理成本都非常高。模具加工車間是覆蓋件模具企業的產品和模具質量程度自動化及其他技術能力集中表現的場所。一定程度的模具質量自動化，需要靠嚴格的規范作為保障，主要包含以下幾個方面：

(1）編程過程規范精細化。

(2）模具數控制造柔性化。

(3）產品質量自動化。

(4）制造管理數字化。

(5）優秀的軟件支持合作伙伴。

1.作業過程標準化

作業過程標準化，主要包含模型處理標準、刀庫標準、制訂安全的PowerMILL編程標準、安全保障標準、后處理管理、數控程序控制標準、備刀信息標準、程序標單標準。如圖7所示，某企業制定的作業過程處理標準，通過該方式，企業在對覆蓋件模具進行制造的每個階段都有相應的知識積累，通過Delcam Powermill充分的開放性，定制和完成覆蓋件企業的數控加工制造知識工程。

2.編程過程精細化

其主要的目標是實現汽車覆蓋件模具3D的自動加工，提高編程、數控加工效率，降低加工成本，快速產出，縮短模具的制造周期，以及數模的分析，程序的編制，程序加工狀態分析，刀具的動態管理，針對數控加工車間不同數控設備安全規范的后處理，3D自動加工過程控制；精細化的標準根據企業知識積累不同階段分別處理，首先對覆蓋件模具加工細節分類，定制智能化的加工模式，并歸類到Delcam Powermill模版、宏及二次開發庫。

下面我們把3D自動加工的工藝細節進行羅列：

(1)3D自動加工。

(2)分層清角 。

(3)擺角加工碰撞分析 。

(4)刀具動態管理等 。

(5)型面工藝清角程序加工效率低。

(6)無過切 (立軸程序轉換為3+2軸程序)，無碰撞3D型面無人化加工。

(7)沖孔模具凹模孔，凹模套 (窩座)孔程序化加工。

(8)修邊模具刃口輪廓的加工 (三維的刃口輪廓程序)。

(9)程序刀具信息的管理。

(10)編程數據庫 (刀具庫、機床庫、編程模板)的建立。

(11)加工程序的信息管理與傳遞。

(12)2D(模具的結構面)程序化加工的實現。

(13)數控加工過程中現場問題的解決。

(14)編程過程中各種的批處理。

(15)3+2加工過程中的過切、碰撞分析。

(16)程序問題更改處理。

圖7

然后定制自動化 “一鍵編程”操作按鈕和功能，針對覆蓋件特殊工藝進行快捷化處理，如針對平面加工的一鍵編程處理，通過基本的儲備和積累，以達到模具編程完全建立在知識庫的基礎上，每次獲得的結果都是相同的。

3.模具數控制造柔性化

如果有安全可靠的程序，數控加工的無人化是能做到的，但往往企業擁有自動化程度非常高的高速、五軸加工中心，卻很難做到無人職守加工。

基于Delcam Powermill汽車覆蓋件數控加工質量自動化，是建立在無過錯工藝知識庫積累、無過錯刀具參數知識庫積累、無過錯碰撞干涉檢查規程積累、無過錯工藝表單自動生成、無過錯備刀文件自動生成、無過錯加工策略使用的基礎上，Powermill軟件的全程無過切、數控程序工藝完全由系統完成；關于柔性化管理，同樣是建立在編程規范基礎上，編程知識庫入庫模式和管理。

汽車覆蓋件企業現階段面臨更換軟件的難題。主要表現為：軟件要真正支持64 bit計算、多線程、后臺處理、多CPU計算等基本需求，對大模型的高精度、大數據量的需求，軟件編程效率和機床運行效率需要雙向提高；提高數控車間整體運行效率、砍掉落后產能是當期需要考慮的問題；同時軟件先進的刀具庫、機床庫管理、總工時及機臺工時統計和管理；達成提高設備運行性能和效率節約刀具成本的目標。另外，確保制造安全(例如：一塊保桿凹模的材料成本36～80萬之間），確保設備運行安全(碰撞干涉檢查），確保知識能夠積累，而非依賴編程 “高手”等，也是企業選擇軟件所要關注的。

三、一汽模具成功應用無人職守案例

2002年，一汽模具中心攜手Delcam公司，并合作在無人職守數控加工方面作出創舉的技術，值得同仁借鑒。

Delcam PowerMILL是為汽車覆蓋件制造領域立下汗馬功勞的編程系統。汽車覆蓋件從過去拼焊組件，到現在的整體模具，如整體側圍，對CAM軟件大數據處理能力提出了需求。Delcam PowerMILL充分發揮了在大模型計算能力、高精度計算方面的優勢，在企業知識庫積累、無人值守加工方面，一汽模具中心、二汽模具、成飛集成等企業最終都取得了驕人成績。

一汽模具中心基于知識積累數控編程加工，主要目標是基于PowerMILL實現模具3D自動加工、2D自動加工，提高編程、數控加工效率，降低加工成本，快速產出，縮短模具的制造周期，適應市場經濟的要求。

利用PowerMILL充分的開放性，軟件技術、數控編程技術、數控加工技術、數控機床宏命令及模具制造經驗，有機地把整個制造車間的不同單元相互組合和結合，確保制造體系的協調統一。生成智能化的程序中，包含了自動換刀、測刀、預熱、自動換輔助頭、換輔助頭后W軸自動差值補償、主軸功率限定、加工刀具伸出長度合法判斷、刀具折斷判斷等功能信息，程序傳輸到數控機床之前，通過PowerMILL真實環境仿真技術，把所有可能存在的碰撞、過切都有效避免，讓無人值守加工安全進行。

四、結束語

綜上所述，提高數控的加工效率；提高模具的數控加工質量，減少鉗工的工作量，縮短模具的制造周期；節約人力資源，降低勞動成本；作業過程標準化；編程過程規范精細化；產品質量自動化；制造管理數字化等，有利于模具制造過程中的技術與經驗的積累，有助于企業的長遠發展 (豐田技術發展模式)。同時實現刀具的動態管理，降低刀具的使用成本與庫存成本；有利于將制造經驗轉化為技術文件共享；提高企業的制造技術水平形象和行業地位。

以上探討內容，有一定的片面性，不足之處請批評指正。□