摘要：結(jié)合國內(nèi)主要汽車覆蓋件生產(chǎn)廠家的技術(shù)運用方法和典型工藝特點，從數(shù)字化測量技術(shù)、數(shù)控加工刀具、CAM軟件、模具熱處理技術(shù)以及CAD/CAPP/CAM/CAE無縫集成數(shù)字化虛擬制造等方面對汽車覆蓋件模具的智能化制造進(jìn)行了探討。
汽車覆蓋件模具生產(chǎn)制造技術(shù)在國內(nèi)日漸成熟，已經(jīng)從過去主要依靠規(guī)模擴(kuò)張和數(shù)量增加的粗放型發(fā)展模式，逐步向主要依靠科技進(jìn)步與提高產(chǎn)品質(zhì)量及水平為重點的精益型發(fā)展模式轉(zhuǎn)變；從以引進(jìn)消化吸收國際先進(jìn)技術(shù)為主的發(fā)展模式， 向引進(jìn)消化吸收和提高自主創(chuàng)新能力并重的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變；從以技能型為主的行業(yè)特征向以技術(shù)型和現(xiàn)代企業(yè)管理型為主的行業(yè)特征轉(zhuǎn)變；正大力推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展方式，積極培育和發(fā)展新的增長點。模具企業(yè)從單純生產(chǎn)型向生產(chǎn)服務(wù)型轉(zhuǎn)變。由于工業(yè)發(fā)達(dá)國家人工成本的持續(xù)提高，迫使其為了降低生產(chǎn)成本而不斷把模具向發(fā)展中國家尤其是像我國這樣有較好技術(shù)基礎(chǔ)的國家轉(zhuǎn)移。國外公司紛紛培育其在中國的據(jù)點化工廠。在國際市場方面，跨國公司到我國來采購模具的趨勢和市場份額不斷加大，模具行業(yè)的發(fā)展技術(shù)進(jìn)入加速競爭的時代，各個模具公司均加大了先進(jìn)技術(shù)的投入。結(jié)合2016年上海國際模具展，介紹近期先進(jìn)技術(shù)在汽車覆蓋件模具應(yīng)用中呈現(xiàn)的幾個主要特點。
1. 數(shù)字化測量技術(shù)廣泛應(yīng)用
以往覆蓋件模具檢測主要集中在型面檢測、檢具檢測，對于加工過程控制和結(jié)構(gòu)件的檢測受限于檢測設(shè)備、檢測方式影響，沒有廣泛應(yīng)用。近幾年隨著檢測技術(shù)日益完善，數(shù)字化測量已經(jīng)呈現(xiàn)快速普及的態(tài)勢。測量儀器向現(xiàn)場化、數(shù)字化、自動化和智能化方向發(fā)展。
?。?）測量儀器的多元化：測量現(xiàn)場化、自動化和數(shù)字化領(lǐng)域最新技術(shù)的藍(lán)光自動化掃描，利用機(jī)器人提升測量效率的自動化拍照式白光測量系統(tǒng)、拍照式測量系統(tǒng)與機(jī)器人集成的360°智能在線測量方案，實現(xiàn)自動化檢測和質(zhì)量控制新技術(shù)是模具檢測突出的重點（見圖1）。
圖1
（2）傳統(tǒng)檢測工具實現(xiàn)數(shù)字化測量：量儀、量表數(shù)字化無線傳輸→計算機(jī)數(shù)據(jù)處理→檢測報告（見圖2）。
圖2
?。?）模具法向結(jié)構(gòu)面檢測量具：①手工測量量具量儀（卡尺、千分尺及千分表等）。從精度上滿足模具結(jié)構(gòu)面檢測要求，但從功能（卡尺、千分尺有量程的限制）上難以滿足法向結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)的測量要求，且手工測量效率低。
② 光學(xué)測量設(shè)備（ 拍攝、掃描） 。從功能上可以滿足法向結(jié)構(gòu)三維測量要求，并且可以在車間現(xiàn)場完成檢測，但檢測精度達(dá)不到結(jié)構(gòu)面精度要求。
?、鄞蟪叽缛S精確測量設(shè)備--三坐標(biāo)測量機(jī)。便攜式關(guān)節(jié)臂測量機(jī)（見圖3a）可解決車間現(xiàn)場法向結(jié)構(gòu)面的三維測量要求，但測量精度不能完全滿足模具法向結(jié)構(gòu)尺寸精度要求；龍門式三坐標(biāo)測量機(jī)（見圖3b）可以滿足模具的各項檢測要求，但其需要恒溫測量室。使用龍門三坐標(biāo)測量機(jī)成本高、維護(hù)要求嚴(yán)格，經(jīng)濟(jì)性一般。從測量精度方面考慮，大型模具的檢測要求只有三坐標(biāo)測量機(jī)才能滿足。今后測量方式和測量精度的提升才能使測量工作做得更加完善。
圖3
2. 數(shù)控加工刀具多樣化、高精度和高效能
刀具新品展出具有二維曲線的高精度細(xì)長熱裝刀柄是展會的一個亮點（見圖4），該刀柄的剛性是一體型刀柄的3倍，同時刀柄端部柄壁厚可小到1.5mm，能可靠滿足高精度5軸加工需求。高精度強(qiáng)力夾頭、硬質(zhì)合金桿高精度機(jī)夾刀具是大部分展商展示的主題，這也是目前模具加工刀具應(yīng)用的主流。刀具涂層技術(shù)使用廣泛，并且根據(jù)零件的特點生產(chǎn)出對應(yīng)型號的產(chǎn)品，使得數(shù)控加工質(zhì)量控制更加容易實現(xiàn)。
圖4
3. CAM軟件集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化
隨著數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用，工廠擁有一定數(shù)量的數(shù)控機(jī)床，包括多軸精密數(shù)控銑床，工廠的核心產(chǎn)品制造基本采用全數(shù)字鏈數(shù)控加工，主要是在精密加工中心上完成，甚至是在集成化的柔性制造單元上完成，工廠將來會引進(jìn)更多的多軸加工設(shè)備和柔性制造單元。但是工廠在數(shù)控編程軟件、加工策略方面還相對比較落后，隨著模具市場競爭的日趨激烈，對模具的鑄造周期和質(zhì)量有了更高的要求， 自動化、精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)控加工成為模具行業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。精細(xì)化模面設(shè)計技術(shù)、高精度數(shù)控加工技術(shù)、A級曲面造型技術(shù)都是現(xiàn)階段或下階段需要解決的問題。Powermill、Tebis、worknc以及CAXA、中望等國產(chǎn)軟件都在2016年開發(fā)出了最新版本軟件，VERICUT、NCBrain加工仿真軟件功能也有對應(yīng)功能的更新。
軟件技術(shù)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展的特點越來越明顯（見圖5）。Tebis展臺規(guī)模較大，針對現(xiàn)在生產(chǎn)中模具2D編程的瓶頸以及模具2D自動化編程、自動化加工等問題，Tebis新版本有相應(yīng)的解決方案。
圖5
4. 模具生產(chǎn)逐漸向智能化方向發(fā)展
精益制造裝備與自動化智能制造和一體化成型與精密模具制造。在原有高端精密加工設(shè)備與技術(shù)基礎(chǔ)上注入新的3D增材制造、激光裝備、機(jī)器人自動化集成等新技術(shù)運用板塊，并擴(kuò)展到互聯(lián)網(wǎng)模具、模具智造及云制造生態(tài)圈等新業(yè)態(tài)，呈現(xiàn)出“精細(xì)化、自動化、信息化、一體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”的新特點（見圖6）。
圖6
模具已經(jīng)從基礎(chǔ)工藝裝備向信息化、智能化的集成制造單元方向發(fā)展，從單一功能的工藝裝備向為客戶提供一體化解決方案發(fā)展。為主機(jī)廠提供SE服務(wù)和基于模、檢、夾一體化的白車身解決方案已成為模具企業(yè)的核心競爭力之一。
5. 模具熱處理技術(shù)的發(fā)展
國內(nèi)外模具制造業(yè)朝著信息化、無圖化、精細(xì)化和自動化方向發(fā)展，CAD、CAM等先進(jìn)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于模具制造中。作為模具制造中的重要環(huán)節(jié)，模具材料質(zhì)量及其熱處理加工后的變形，已經(jīng)嚴(yán)重制約了模具業(yè)的精密、高效發(fā)展。
隨著模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，鑄造產(chǎn)品以其材料成本低、加工量少和加工工藝方便等優(yōu)勢，在模具中所占比重日益上升。目前，國外在大中型沖壓模具上選用鑄鐵材料，已是未來發(fā)展的趨勢。
作為鑄造產(chǎn)品常用的熱處理手段，表面火焰淬火以其成本低、操作方便的優(yōu)勢一直被普遍應(yīng)用。然而隨著高新技術(shù)的開發(fā)，傳統(tǒng)手工火焰淬火質(zhì)量不穩(wěn)定、變形較大的缺陷逐漸凸顯，且為了保證精度而在淬火后采取的精加工、研修和燒焊等措施，不僅增加了加工成本、刀具消耗，而且延誤加工周期。使用激光淬火技術(shù)（見圖7）能夠有效地解決這些問題。
圖7
激光淬火是利用聚焦后的激光束快速加熱金屬材料表面，使其發(fā)生相變，形成馬氏體淬硬層的一種高新技術(shù)。激光淬火是快速加熱、自激冷卻，無需回火，是一種無污染綠色環(huán)保的熱處理工藝。其加熱速度快，熱影響區(qū)小，被處理的模具變形很小, 適合于高精度零件處理，部分場合可作為材料和零件的最后處理工序。激光淬火可根據(jù)需要調(diào)整硬化層深淺，其硬化層深度一般為0.3～1.5mm，且淬火均勻，不易產(chǎn)生裂紋。激光淬火馬氏體晶粒更細(xì)，位錯密度更高，硬度更高，耐磨性更好。
圖8所示模具零件采用表面火焰淬火變形量＞1.5mm，采用激光淬火變形量＜0.05mm。
表面火焰淬火工藝流程為：型面輪廓粗加工→型面輪廓半精加工→鉗工從底板上拆卸下需淬火零件→火焰淬火→鉗工研修底面、結(jié)合面和靠上面→裝配到底板→型面輪廓精加工→調(diào)試。
激光淬火工藝流程為：型面輪廓粗加工→型面輪廓半精加工→型面輪廓精加工→激光淬火→調(diào)試。
流程對比：采用激光淬火可以減少三道工序流程，并且型面輪廓不需淬火后就進(jìn)行精加工。
在大型外覆蓋件模具上采用激光淬火后，由于淬火后型面變形量極小，鉗工的研配工作量大幅減少，模具制造周期縮短。
圖８ 激光淬火模具零件
6. CAD/CAPP/CAM/CAE無縫集成數(shù)字化虛擬制造
CAD／CAPP/CAM／CAE過程以產(chǎn)品加工數(shù)據(jù)為中心，CAE模擬分析、模具設(shè)計、模具NC加工以及模具CMM（三坐標(biāo)）檢測均使用同一數(shù)據(jù)流，用于車間的工藝文檔可直接由CAD生成傳輸?shù)紺APP中，使最終模具產(chǎn)品和設(shè)計者的意圖保持高度一致。這就是CAD／CAPP／CAM／CAE一體化技術(shù)。三維模型的同一性保證了CAX鏈的閉環(huán)特性，難于產(chǎn)生設(shè)計、加工錯誤，從而提高模具的開發(fā)效率。CAX的無縫集成使虛擬制造技術(shù)成為現(xiàn)實，從根本上改變了設(shè)計、試制、修改設(shè)計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。
在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場變化的能力。
7. 結(jié)語
國內(nèi)模具制造企業(yè)隨著技術(shù)水平的不斷提升，已經(jīng)縮小了與國際先進(jìn)模具制造地區(qū)的差距。
模具企業(yè)單從價格進(jìn)行競爭的優(yōu)勢逐漸減弱，今后必須要從技術(shù)上和管理水平上突破，各個模具企業(yè)仍需不斷探索前行。
-End-
金屬加工原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請注明。
作者：東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 楊 興。原文刊登于《金屬加工（冷加工）》2016年第23期，第11~14頁，金屬加工版權(quán)所有。
本文編輯：sophia
