智能化模具制造與設(shè)計(jì)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

李添翼

摘要： 模具制造設(shè)與設(shè)計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝，在汽車產(chǎn)品應(yīng)用中更是非常廣泛，60%以上的汽車零部件需要利用模具來生產(chǎn)和制造。數(shù)字化手段和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使汽車模具的制造與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能化，同時(shí)也對其制造提出更高的要求，傳統(tǒng)的汽車模具設(shè)計(jì)方法受到了一定程度的挑戰(zhàn)，本文主要對智能化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，以期對相關(guān)研究者有一定的參考意義。

Abstract： Mold manufacturing design and design is the basic process of industrial production， and it is widely used in automobile products. More than 60% of automobile parts need to be produced and manufactured by the use of molds. The wide application of digital means and computer technology makes the manufacturing and design of automobile mold intelligent， and also puts forward higher requirements for its manufacturing. The traditional automobile mold design method has been challenged to a certain extent. This paper mainly analyzes and discusses the application of intelligent technology in stamping die design and manufacturing， in order to provide some reference for related researchers.

關(guān)鍵詞： 智能化;模具制造;設(shè)計(jì);應(yīng)用;汽車生產(chǎn)

Key words： intelligent;mold manufacturing;design;application;automobile production

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0173-02

1? 智能化模具制造與設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)以來，我國的汽車產(chǎn)業(yè)得到了十足的發(fā)展，增長勢頭迅猛，已然成為汽車生產(chǎn)與銷售的佼佼者，這一切得益于數(shù)字化進(jìn)程和計(jì)算機(jī)發(fā)展的所帶來的汽車制造與設(shè)計(jì)的智能化。縱觀整個(gè)車身，我們不難發(fā)現(xiàn)90%以上的汽車零部件依托于沖壓成型方法來完成制造與生產(chǎn)，其設(shè)計(jì)水平對車輛的性能和質(zhì)量能直接影響車輛的性能;隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用，智能化的模具生產(chǎn)與制造廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制造方法被逐步摒棄。性能好、質(zhì)量優(yōu)，生產(chǎn)周期短、制造成本低的，智能化的模具制造與設(shè)計(jì)，為我國汽車制造與銷售的飛速發(fā)展提供了先天條件。

汽車沖壓模具是汽車制造與設(shè)計(jì)工藝中的重要組成部分，主要指通過冷沖壓的加工工藝，將金屬原料加工制造成汽車裝配零部件的一種裝備，主要用于制作車頂覆蓋件、車門內(nèi)板，以及形狀尺寸復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)沖壓模具，優(yōu)勢明顯。

2? 汽車生產(chǎn)中智能化模具制造的應(yīng)用技術(shù)

利用計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，開展程序設(shè)計(jì)工作，結(jié)合現(xiàn)有的模具設(shè)計(jì)技術(shù)與相輔相成的工藝，整合并運(yùn)用各類專業(yè)技術(shù)，對設(shè)計(jì)工作不斷的改進(jìn)、優(yōu)化、升級，全面應(yīng)用高速運(yùn)算，并承擔(dān)存儲的功能，實(shí)現(xiàn)汽車模具設(shè)計(jì)與制造的智能化應(yīng)用，已然成為當(dāng)代汽車模具開發(fā)設(shè)計(jì)人員不可或缺的工具?？v觀我國的汽車制造業(yè)，輔助設(shè)計(jì)（CAD）、輔助工程（CAE）、輔助制造（CAM）等三類智能化模具制造的技術(shù)基本涵蓋了我國現(xiàn)有汽車模具設(shè)計(jì)和制造的主要智能化技術(shù)。

2.1 模具輔助設(shè)計(jì)——CAD技術(shù)

CAD作為一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，主要作用于機(jī)械設(shè)計(jì)。美、德、日本等先進(jìn)的發(fā)達(dá)最早啟用該技術(shù)，著名的汽車品牌——通用、豐田，都依托于這種作用于模具加工的工具而取得巨大成功。隨著相關(guān)配套技術(shù)的不斷完善，標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊、凹凸模的合理布局等功能逐漸融入CAD 技術(shù)，使用該項(xiàng)技術(shù)的汽車車上企業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面取得了質(zhì)的飛越。

Auto-CAD、Pro-E、UG NX、SolidWorks是常見的CAD 軟件，可在模具設(shè)計(jì)和制造中承擔(dān)計(jì)算、存儲和繪圖等工作，在多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)下工作，對CAD系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、企業(yè)專用標(biāo)準(zhǔn)件庫等，能夠使汽車模具的設(shè)計(jì)智能化程度更高。

2.2 工程輔助設(shè)計(jì)——CAE技術(shù)

CAE是一種偏重于模具制造過程分析的技術(shù)（過程詳見圖1），將生產(chǎn)中的不同環(huán)節(jié)信息集成，用靜態(tài)和動態(tài)的分析手段，解構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、熱傳導(dǎo)、彈塑性等，并對其進(jìn)行優(yōu)化。

Dynaform、AutoForm、HyperWorks、Abaqus、Patran/Nastr

an、ANSYS是可用于汽車模具設(shè)計(jì)與制造的CAE軟件，能夠?qū)α慵脑O(shè)計(jì)和制造過程進(jìn)行沖壓工藝分析，預(yù)估缺陷，并根據(jù)分析結(jié)果修改和優(yōu)化工藝方案，得出最佳的方案。該設(shè)想最早由美國通用汽車提出，現(xiàn)已被成熟的應(yīng)用于汽車模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期，通常與CAD技術(shù)聯(lián)用，對產(chǎn)品的力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行仿真模擬，校對模具設(shè)計(jì)圖紙存在的缺陷和錯(cuò)誤，進(jìn)行修正和優(yōu)化，縮短生產(chǎn)周期同時(shí)，產(chǎn)品的不合格率大大降低。

2.3 制造輔助設(shè)計(jì)——CAM技術(shù)

作為一種利用計(jì)算機(jī)來控制模具生產(chǎn)過程的科學(xué)技術(shù)，對于是用于連接計(jì)算機(jī)與制造生產(chǎn)設(shè)備而言，CAM技術(shù)起到了意義非凡的紐帶作用，既承擔(dān)指導(dǎo)汽車生產(chǎn)規(guī)劃、控制生產(chǎn)設(shè)備和處理運(yùn)行數(shù)據(jù)的作用，又同步開展物料流動、產(chǎn)品檢測等相關(guān)配套工作，還不忘參與仿真和模擬制造，提升、優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)存在的隱患，提前制定解決方案，使成產(chǎn)過程的失誤率大大降低。將該技術(shù)多與CAD、CAE兩項(xiàng)技術(shù)聯(lián)用，對汽車模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)和模具制造工作效率的提升至關(guān)重要。

3? 汽車生產(chǎn)中智能化模具設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 汽車保險(xiǎn)杠模具設(shè)計(jì)

保險(xiǎn)杠作為汽車零部件的重要成員，用于生產(chǎn)它的模具是汽車生產(chǎn)中常見的大型模具，制作過程中的塑料溶體加工工藝與制作流程非常繁瑣，生產(chǎn)過程中的正確性與合理性更是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重，塑料壓力、溫度變化都對其影響甚多，可以說直接決定著所出品模具的質(zhì)量與品質(zhì)。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的過程中必須控制好澆口的數(shù)量及位置，確保其符合各項(xiàng)尺寸和形狀的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定。這個(gè)過程中如出現(xiàn)質(zhì)量問題，Moldfow軟件可對保險(xiǎn)杠模型進(jìn)行CAE模擬分析，能夠有效改善注塑模澆口位置，預(yù)防保險(xiǎn)杠生產(chǎn)可能出現(xiàn)的各類質(zhì)量問題。

3.2 汽車燈具模具設(shè)計(jì)

汽車燈具制造需要一種復(fù)雜的曲面注塑模具，屬于高端技術(shù)，因市場需求逐年上漲，利潤增多，該磨具的制作專業(yè)性顯著提升。當(dāng)前，汽車工業(yè)的發(fā)展極速，通過智能化手段對燈具的模具進(jìn)行升級改造，能夠很好適應(yīng)市場需求，從而為生產(chǎn)者帶來更多收益。隨著，車燈類型的不斷增多，且美觀度越來越強(qiáng)，曲面流線也更加的復(fù)雜，裝配度也更加精細(xì)。車燈模具的制造企業(yè)需要積極地引進(jìn)智能化的設(shè)備，提高設(shè)計(jì)的美感，提升模具制造的精準(zhǔn)度及生產(chǎn)效率。

3.3 汽車門把手注塑工藝模擬分析

汽車的塑件壁厚差較大，一般的注塑工藝會使其在壁厚的部分產(chǎn)生較大收縮，整體的表面質(zhì)量會受到較大的影響，生產(chǎn)過程中需選擇氣鋪?zhàn)⑺艹尚?，利用空氣把圓弧處吹空，同時(shí)采取保壓措施，避免表面出現(xiàn)收縮的情況。

3.4 汽車覆蓋件沖壓模具

汽車覆蓋件是汽車重要的零部件，汽車的車身和駕駛室的表面構(gòu)件均會用到該部件，一般會按照作用部位的不同分為外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件。其中，裸露于車身的統(tǒng)稱為外覆蓋件，包覆在車體的其他位置的統(tǒng)稱為內(nèi)覆蓋件，車輛的飾品和骨架覆蓋件等汽車零部件多屬于內(nèi)覆蓋件。作為汽車行駛中的動能來源的引擎，其覆蓋件——引擎罩屬于標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)覆蓋件（圖2所示），多利用UG軟件平臺，CAD技術(shù)&CAE技術(shù)協(xié)同應(yīng)用，輔以Dynaform進(jìn)行專業(yè)的模擬分析，使用VC++編程語言一起完成汽車引擎罩的設(shè)計(jì)和制造。通常情況來講，汽車覆蓋件的界面設(shè)計(jì)由UIStyler完成，通過該項(xiàng)技術(shù)的使用，其界面風(fēng)格能夠與UG保持一致，便于設(shè)計(jì)人員的實(shí)操。

3.5 其他沖壓模具

汽車零部件的生產(chǎn)過程中，哪些尺寸較小的零部件的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)，往往采用一模多出的模具設(shè)計(jì)制作產(chǎn)品，操作一次即可獲得多個(gè)產(chǎn)品，產(chǎn)品生產(chǎn)周期大幅縮短，工作效率快速飆升。對比運(yùn)用CAD/CAE復(fù)合技術(shù)的模具設(shè)計(jì)方案，未采用該項(xiàng)方法的模具方案設(shè)計(jì)，沖壓產(chǎn)品的廢品率明顯較高，模具使用發(fā)生故障的次數(shù)也非常多，甚至模具的使用壽命也會會大大縮短。

4? 智能化在汽車沖壓模具設(shè)計(jì)與制造中存在的問題及分析

智能化為汽車模具的設(shè)計(jì)和制造帶來了諸多好處，精準(zhǔn)度更高、生產(chǎn)周期縮短、預(yù)測問題精準(zhǔn)、提前解決隱患，但任何事物都不是完美無瑕的，智能化在汽車生產(chǎn)制造中的應(yīng)用也一樣，智能化在汽車產(chǎn)品的制造與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也有其自身的不足。

4.1 缺乏專業(yè)人才? 智能化的汽車生產(chǎn)與制造，離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的支撐，需要實(shí)施者具備軟件操作、程序編制的計(jì)算機(jī)知識，同時(shí)還需具備豐富的汽車專業(yè)知識。目前，我國該類型的人才少之又少，多數(shù)都知識面單一，難以滿足汽車生產(chǎn)制造與設(shè)計(jì)的綜合型要求。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)化程度低? 目前的汽車生產(chǎn)企業(yè)，各自擁有一套自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，汽車模具加工企業(yè)也一樣，這一現(xiàn)狀使計(jì)算機(jī)軟件在工作中難以形成統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和制造規(guī)范，導(dǎo)致現(xiàn)有的智能化工具系統(tǒng)集成化和智能化程度過低，造成一定程度的浪費(fèi)。

4.3 CAD軟件開發(fā)不足? 我國有關(guān)汽車生產(chǎn)與制造的智能化手段開發(fā)，與國外的技術(shù)相比較為落后。由我國自主研發(fā)的CAD軟件數(shù)量依然不足，由國外公司引進(jìn)的技術(shù)多為通用型，其技術(shù)相對落后，針對性不足;自主開發(fā)軟件的則開發(fā)周期過長，無法滿足技術(shù)的發(fā)展速度。

4.4 管理方式不適宜? 對于汽車行業(yè)，企業(yè)的發(fā)展不止需要專業(yè)技術(shù)的加持，管理方式也對企業(yè)的發(fā)展影響頗深，企業(yè)的管理方式對技術(shù)進(jìn)步往往有一定的影響，智能化技術(shù)能否在汽車模具設(shè)計(jì)和制造中發(fā)揮其作用也會有所影響。

5? 結(jié)束語

當(dāng)下，智能化的快速發(fā)展促成了計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造中更為廣泛的應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展加速了世界各國、各個(gè)企業(yè)間的交流頻率，汽車模具的設(shè)計(jì)與制造，特別是三維設(shè)計(jì)與數(shù)字化控制將未來行業(yè)發(fā)展的主流趨勢;將智能化的模具設(shè)計(jì)與制造過程和項(xiàng)目管理、客戶關(guān)系管理、財(cái)務(wù)系統(tǒng)管理等結(jié)合起來，綜合考慮，運(yùn)用現(xiàn)代化的管理觀念，必將會推動汽車模具行業(yè)的跨越式發(fā)展。

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