模具是汽车工业的基础工艺设备。汽车生产中90%以上的零部件都需要通过模具成型。据模具专家罗百辉介绍,制造一辆普通汽车大约需要1500套模具,其中冲压模具就超过1000套。在新车型研发过程中,90%的工作量都集中在车身轮廓的改变上。新车型研发成本中约60%用于车身及冲压工艺和设备的研发。整车制造成本中约40%是车身冲压件和装配成本。
在国内外汽车模具行业的发展中,模具技术呈现出以下发展趋势。
1. 冲压过程仿真(CAE)更为突出
近年来,随着计算机软硬件的飞速发展,冲压成形工艺的仿真技术(CAE)发挥着日益重要的作用。在美国、日本、德国等发达国家,CAE技术已成为模具设计和制造过程中不可或缺的一部分。它被广泛应用于预测成形缺陷、优化冲压工艺和模具结构、提高模具设计的可靠性以及缩短试模时间。国内许多汽车模具企业在CAE的应用方面也取得了显著进展并获得了良好的效果。CAE技术的应用能够大幅降低试模成本,缩短冲压模具的开发周期,已成为保障模具质量的重要手段。CAE技术正逐步将模具设计从经验设计转变为科学设计。
2. 模具三维设计定位已确定
模具的三维设计是数字化模具技术的重要组成部分,也是模具设计、制造和检测一体化的基础。丰田和美国通用汽车等公司已经实现了模具的三维设计,并取得了良好的应用效果。国外一些三维模具设计方法值得我们借鉴。模具的三维设计不仅有利于实现一体化制造,而且还具有便于干涉检测和进行运动干涉分析的优势,解决了二维设计中存在的问题。
第三,数字化模具技术已成为主流方向
近年来,数字化模具技术的快速发展是解决汽车模具开发中诸多问题的有效途径。所谓数字化模具技术,是指将计算机技术或计算机辅助技术(CAE)应用于模具设计和制造过程中。总结国内外汽车模具企业应用计算机辅助技术的成功经验,数字化汽车模具技术主要包括以下几个方面:① 可制造性设计(DFM),即在设计过程中考虑和分析可制造性,以确保工艺的成功。② 模具轮廓设计辅助技术,开发智能轮廓设计技术。③ 计算机辅助工程(CAE)辅助分析和冲压成形过程,预测和解决可能出现的缺陷和成形问题。④ 用三维模具结构设计取代传统的二维设计。⑤ 模具制造过程采用计算机辅助生产(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)和计算机辅助自动化(CAT)技术。⑥ 在数字化技术的指导下,处理和解决模具试模和冲压生产过程中出现的问题。
第四,模具加工自动化技术的快速发展
先进的加工技术和设备是提高生产效率和保证产品质量的重要基础。先进的汽车模具企业配备双工作台数控机床、自动换刀装置(ATC)、光电控制系统和在线工件测量系统等设备并不罕见。数控加工已从简单的轮廓加工发展到轮廓和结构曲面的综合加工,从中低速加工发展到高速加工,加工自动化技术的发展日新月异。
5. 高强度钢板冲压技术是未来的发展方向
高强度钢在屈服比、应变硬化特性、应变分布能力和碰撞能量吸收等方面具有优异的性能,其在汽车领域的应用量持续增长。目前,汽车冲压件中使用的高强度钢主要包括涂漆硬化钢(BH钢)、双相钢(DP钢)和相变诱导塑性钢(TRIP钢)。国际超轻车身项目(ULSAB)预测,2010年推出的先进概念车(ULSAB—AVC)中,97%将采用高强度钢。车辆材料中先进高强度钢的比例将超过60%,双相钢的比例将占汽车钢板的74%。IF钢中主要使用的软钢系列将转化为高强度钢板系列,而高强度低合金钢将转化为双相钢和超高强度钢板。目前,国内汽车零部件高强度钢板的应用主要限于结构件和梁,所用材料的抗拉强度大多低于500MPa。因此,尽快掌握高强度钢板冲压技术是我国汽车模具行业亟待解决的重要问题。
6. 新模具产品将适时推出
随着汽车冲压生产效率和自动化水平的提高,级进模在汽车冲压件生产中的应用将更加广泛。形状复杂的冲压件,特别是传统工艺需要多套冲压模具才能成型的中小型复杂冲压件,越来越多地采用级进模进行成型。级进模是一种技术难度高、制造精度要求高、生产周期长的高科技模具产品。多工位级进模将成为我国最重要的模具产品之一。
第七,模具材料和表面处理技术将得以重复利用。
模具材料的质量和性能是影响模具质量、寿命和成本的重要因素。近年来,除了不断引进各种高韧性、高耐磨的冷作模具钢、火焰淬冷作模具钢和粉末冶金冷作模具钢外,国外大中型冲压模具采用铸铁材料也值得关注。球墨铸铁具有良好的韧性和耐磨性,焊接性能、加工性能和表面硬化性能也较好,且成本低于合金铸铁,因此在汽车冲压模具中得到更广泛的应用。
8. 科学管理和信息化是模具企业的发展方向。
发布时间:2021年5月11日