模具自動化制造技術(shù)的應(yīng)用
2023-7-6 來源：成都普什汽車模具有限公司 作者： 郭宏軍 陳平
制造業(yè)水平是一個國家工業(yè)化水平和生產(chǎn)力水平的體現(xiàn)，因此制造業(yè)在各經(jīng)濟(jì)大國的國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著重要地位。模具制造素有 “工業(yè)之母”之稱，它的發(fā)展水平是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。近年來，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，市場對汽車模具制造企業(yè)提出了更高的要求，對大型自動化、智能化、高速模具的需求迅速增長，更高、更精、更細(xì)、更全面的模具制造技術(shù)成為汽車模具制造企業(yè)的立企之本。
目前汽車模具數(shù)控加工方式已由單一的型面加工發(fā)展到型面和結(jié)構(gòu)面的全數(shù)字化立體加工，由中低速加工發(fā)展到高速加工。在汽車模具制造領(lǐng)域中，以集成化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)發(fā)展起來的自動化加工和智能化加工的先進(jìn)制造技術(shù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用，大大提高了模具的生產(chǎn)效率和加工精度，使模具制造水平邁入新的里程。
成都普什模具有限公司以高技術(shù)、大投入為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代管理和國際戰(zhàn)略為著力點，利用新興汽車制造業(yè)地域優(yōu)勢，厚積薄發(fā)、統(tǒng)籌兼顧、放眼全球，現(xiàn)已形成以汽車覆蓋件沖壓模具、檢具、夾具以及沖壓件為一體的現(xiàn)代化制造企業(yè)。
公司消化、吸收各主流車廠標(biāo)準(zhǔn)，形成了獨具特色的 “PWS” 標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)了獨立的研發(fā)團(tuán)隊，目前已經(jīng)具備開發(fā)各類中高檔模具的實力。為日本馬自達(dá)、法國 PSA、一汽大眾、一汽轎車、神汽車、廣汽三菱、長安馬自達(dá)、長安 PSA 等客戶設(shè)計和制造各類汽車覆蓋件和結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，覆蓋件包括頂蓋外板、引擎蓋內(nèi) / 外板、門內(nèi) /外板、翼子板、側(cè)圍內(nèi) / 外板、尾門內(nèi) / 外板，結(jié)構(gòu)件包括前 / 后地板、輪罩、立柱、保險杠及各類加強(qiáng)件等。從結(jié)構(gòu)件模具的技術(shù)研發(fā)，到高強(qiáng)板、外覆蓋件模具的技術(shù)提升，公司已經(jīng)形成具有自主專利的生產(chǎn)技術(shù)和特色產(chǎn)品，其中包括參數(shù)化裝配設(shè)計、模面間隙設(shè)計等自主專利技術(shù)以及高速精密浮動落料模、多工位模具、自動化模具、高強(qiáng)板模具、頂蓋模具等特色產(chǎn)品。
一、模具加工設(shè)備
根據(jù)汽車模具具有結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜、表面質(zhì)量要求高的特點，公司配備了先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備以滿足生產(chǎn)要求，其中五軸加工機(jī)床 3 臺(SORALOCE 機(jī)床、RAMBAUDI 機(jī)床和 MECOF機(jī)床 )，五面加工中心 20 余臺，三軸加工中心、數(shù)銑、普加等 20 余臺。
圖 1 圖 2
（1）對于有些含有側(cè)切、側(cè)整形和側(cè)翻邊等結(jié)構(gòu)的汽車模具，其擺角加工區(qū)域的孔、輪廓或整形精度要求高，這就需要主軸剛性好，精度高的五軸機(jī)床加工，SORALOCE 機(jī)床 ( 如圖 1 所示 )完全能滿足加工的需要。該機(jī)床的主要參數(shù)如下 :固定工作臺尺寸為 :7000mm×2500mm;旋轉(zhuǎn)工作臺尺寸為 :2500mm×2500mm，前后移動量1500mm;主軸 : 最大伸出量 1025mm， 上下移動量3000mm; 左右移動量3000mm，轉(zhuǎn)速最大3000r/min;A 軸、B 軸和旋轉(zhuǎn)工作臺范圍為 :0° ~360° ;
（2）對于結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜、型面質(zhì)量要求高的汽車模具，可采用五軸聯(lián)動機(jī)床進(jìn)行高速加工，如 RAMBAUDI 公司的 RAMspeed-H45PLUS 型高速加工中心（如圖 2 所示）。該機(jī)床的主要參數(shù)如下 :
加工范圍為 : 4500mm×2700mm×1500mm;
定位精度為 : X軸0.025mm、Y軸0.020mm、Z 軸 0.015mm，A/C 軸 P ≤ 12” ;
重復(fù)精度為 : X軸0.010mm、Y軸0.010mm、Z 軸 0.010mm，A/C 軸 P ≤ 8” ;
主軸功率為30kW，主軸轉(zhuǎn)速24000r /min;主軸用氮化硅（Si3N4）陶瓷球軸承 ;刀庫容量為: 30把 ;立柱采用龍門式框架結(jié)構(gòu)，精度高，特別適合大型汽車模具高速加工。
二、模具產(chǎn)品目前采用的主要加工技術(shù)
模具自動化制造技術(shù)體現(xiàn)了企業(yè)整體制造的技術(shù)水平，是由許多技術(shù)環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的，公司在幾年前就提出發(fā)展汽車模具自動化加工戰(zhàn)略目標(biāo)，并組建了相關(guān)的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊，采用TRITOP 掃描技術(shù)、模擬仿真和在線檢測環(huán)節(jié)進(jìn)行了一系列的優(yōu)化和改進(jìn)，在汽車模具自動化加工技術(shù)方面取得了良好的效果。
（1）TRITOP 技術(shù)是利用特有的數(shù)碼點和參考點來構(gòu)建一個完整的坐標(biāo)定位系統(tǒng)，利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測量原理，可在極短的時間獲得復(fù)雜工件表面的完整點云的一種技術(shù)。采用TRITOP 技術(shù)對模具鑄件毛坯進(jìn)行掃描，從而獲得加工前模具的真實狀態(tài)，為汽車模具自動化制造的安全性提供了保障。
（2）汽車模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，側(cè)切、側(cè)整形和側(cè)翻邊的模具比較多，為了保證汽車模具自動化制造的安全性，需對側(cè)切、側(cè)整形和側(cè)翻邊部分的程序進(jìn)行機(jī)床加工模擬仿真。目前我們結(jié)合公司的機(jī)床設(shè)備參數(shù)，建立了相應(yīng)的機(jī)床數(shù)據(jù)庫，確保了汽車模具自動化制造的安全性。
（3）汽車模具在自動化制造過程中，加工精度主要取決于加工刀具的測量與精度補(bǔ)償。在機(jī)檢測系統(tǒng)就是在機(jī)床上利用工件測頭對工件進(jìn)行檢測的一種測量方式，對模具加工全過程的監(jiān)測和補(bǔ)償，防止人為誤操作，保證了汽車模具自動化制造的精度。
1．典型模具產(chǎn)品——頂蓋的制造技術(shù)
汽車模具中頂蓋是最大的沖壓件之一，頂蓋質(zhì)量的好壞直接影響到汽車的外觀品質(zhì)，因此，頂蓋除了分析、設(shè)計和調(diào)試環(huán)節(jié)外，制造環(huán)節(jié)也非常重要。公司在頂蓋零件加工制造方面積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗，主要有以下幾個方面 :
（1）型面加工時采用圓弧進(jìn)退刀方式，提高頂蓋的加工質(zhì)量，如圖 3 所示。
圖 3 采用圓弧進(jìn)退刀方式
（2）型面加工中采用點銑方式加工，減少刀片的磨損，提高了切削速度，精加工采用主軸傾斜 10°的方式進(jìn)行加工，如圖 4 所示。
圖 4 點銑加工方式
（3）為保證型面的加工精度、減少刀片磨損，型面精加工前先對淬火區(qū)域的 R 留 0.05mm 進(jìn)行預(yù)精加工，最后再進(jìn)行全面精加工，如圖 5所示。
圖 5 淬火區(qū)域加工方式
（4）頂蓋后序模具加工中，為保證型面的進(jìn)度和加工效率，優(yōu)化了程序，保證了主軸 Z向沒抬刀，且避空區(qū)域的進(jìn)給值設(shè)置為最大速度，如圖 6 所示。
圖 6 加工區(qū)域和避空區(qū)域的加工方式
2．新裝備在模具加工制造中的應(yīng)用
在汽車制造領(lǐng)域，大批量和高精度的生產(chǎn)要求決定了耐用性成為汽車模具的基本要素。為了提高汽車模具的使用壽命，汽車成型模具都要進(jìn)行表面處理。汽車模具表面處理仍以火焰淬火為主，我國大部分廠家還處于人工淬火階段，由于火焰淬火質(zhì)量很大程度取決于操作者的經(jīng)驗，經(jīng)常出現(xiàn)模具表面淬火后硬度低或者開裂問題。因此，尋求一種淬火質(zhì)量高，而且穩(wěn)定的模具淬火方法非常重要。數(shù)控激光淬火機(jī)床可以通過程序的控制，不但能有效地保證模具表面淬火效率。目前，我公司使用激光淬火機(jī)床對模具進(jìn)行淬火已進(jìn)入實際應(yīng)用階段，已能完成非深拉延和非深腔模具的淬火 ,模具型面使用激光淬火，淬火層均勻，淬火硬度和質(zhì)量大大優(yōu)于手工淬火，如圖 7 所示。
圖 7 采用數(shù)控激光淬火機(jī)床對汽車模具淬火
三、結(jié)束語
隨著汽車模具制造技術(shù)的日臻完善，數(shù)字化、集成化、自動化是汽車模具制造領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。從加工技術(shù)、加工工藝的規(guī)范與創(chuàng)新，工裝設(shè)備、加工設(shè)備的完善與革新，自動化技術(shù)都將全面覆蓋、系統(tǒng)連接生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)，提升品質(zhì)，降低成本，形成一套自動化、標(biāo)準(zhǔn)化、完整化的制造理論，打造一批高產(chǎn)、高效、高質(zhì)的制造企業(yè)。立足高遠(yuǎn)，放眼未來，隨著新興科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，同時伴隨著我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的大潮，多種新理論、新技術(shù)將應(yīng)用到汽車制造業(yè)中來，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化逐步同自動化技術(shù)相互融合、優(yōu)勢互補(bǔ)，共同開拓汽車模具制造的新領(lǐng)域。
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