創新裝備制造工藝打造高端汽車模具

淮海工業集團有限公司四分廠（山西長治 046012）張澤云

淮海工業集團山西奧圣機械制造有限公司（長治 046012）申江勇

2012年12月12日，CCTV第十三屆“中國經濟年度人物”評選揭曉，其主題是“實業的使命”，并以此來“尋找實業英雄”。這一賦有鮮明時代需求的提法，在當今金融危機陰影之下，顯得務實且有遠見。實體經濟就是以實業和專業為背景的經濟發展模式。而模具是一個國家“以制造業為主體的實體經濟”所必需的裝備和工具，因此，模具制造技術水平的高低，也決定著一個國家制造業能力的強與弱。從目前模具行業的發展形勢看，模具產業向高端化、差異化方向發展將更為突出，而信息化管理將促進模具行業進一步向前發展。筆者認為，這也是“設計變更多、質量要求高、用戶交期短”的高端汽車模具技術向前發展的必然選擇。

突出專業化設計與制造

專業意味著深度、高度和精度，這一點正符合高端汽車模具“精密”的要求，要達到這一要求，首先就應從專業化的設計開始。很早以前就提出了模塊化和標準化的設計思路，事實上，這更加有利于模具設計的便捷和迅速，而高端汽車模具設計的關鍵是將模具結構的科學性和制造工藝的合理性相結合，只有這樣，才能達到其高質量、高精度的要求。

高端汽車模具的型面設計日趨復雜，自由曲面所占比例不斷增加，因此對模具加工技術提出了更高要求，不僅應保證很高的表面質量和制造精度，而且要追求加工表面的美觀。從制造方面來看，專業化的制造進一步保證了模具制造的精密性。首先，模具制造所用的高精度裝備是必不可少的，這是制造高端汽車模具的必要條件。比如，高速銑加工中心（R?ders，見圖1）、慢走絲線切割機床（Agie Charmilles）、精密曲線磨床（Amada）等；其次，是制造工藝的合理性保證了模具設計的精度。比如，隨著高速加工技術的不斷深入，尤其在機床加工、數控系統、刀具系統、CAD/CAM軟件等相關技術不斷發展的推動下，高速加工技術越來越多地應用于模具制造，它改變了傳統模具加工采用的“退火→銑削加工→熱處理→磨削→電火花加工→手工打磨、拋光→裝配、試模”等復雜冗長的工藝流程，變成“熱處理→銑削加工→裝配、試模”。這一變化不僅縮短了模具制造周期，而且大大提高了模具制造的精度，這也符合高端汽車模具的制造要求和特點。

所以，設計必須要以裝備的制造特點和工藝特性為基礎，以專業化設計和制造為前提，才能保證高端汽車模具的嚴格要求。

圖1 R?ders RFM760高速銑機床

加強裝備的制造工藝應用和創新

隨著全球化開放程度的進一步深入，就模具制造硬件來說，國內許多企業已經擁有了先進的，甚至國際一流的裝備，但是，從高端汽車模具的較大貿易逆差來看，我國高端汽車模具的整體水平還明顯不高。這與對裝備的制造工藝應用和創新密不可分。制造工藝，通俗地講是“先干什么，后干什么的過程”。工藝過程把設計和制造聯系到了一起，也只有關注工藝過程，才能提高高端汽車模具技術水平。

金屬加工，簡單地講就是金屬切削，切削的要素主要有三個，即切速（vc）、切深（ap）和進給（f）。因此，加工工藝參數的合理匹配與優化，將直接表現模具的制造精度。比如：高速銑加工中心設備（德國R?ders RFM760，S=42000r/min，f=30000mm/min），在高端汽車模具制造中已得到了較為普遍的應用，它的加工特點是：高轉速、快進給、輕切削。經過大量參數匹配（見附表）和試驗可以證明，切削效率比普通加工中心要高2～3倍，表面粗糙度可以提升3～4個等級。

RFM760高速加工中心參數匹配表

表中，切速vc的計算方法如下

其中，球刀的r=R sinθ，sinθ=0.437。

平底R刀的r=[(D/2)－R]+R sinθ，sinθ=0.437（見圖2）。

圖2 球刀和平底R刀示意圖

切削參數（包括車削、銑削、磨削、電火花加工、鏡面拋光加工等加工參數）的選擇與匹配，將直接影響模具制造的質量和效率，而最直接的影響就是表面粗糙度（見圖3），沒有良好的表面粗糙度，也就不能保證高端汽車模具的精度。盡管，隨著各種裝備和加工手段的不斷更新，許多加工參數的匹配也在不斷變化，但是，這些數據將是高端汽車模具制造企業提升工藝能力和制造水平的寶貴資源。這也是模具專業化制造的一種表現！

圖3 R?ders RFM760加工效果

注重信息化的管理和創新

隨著我國模具工業持續高速發展，模具制造全過程信息化管理已在相當一部分高端汽車模具制造企業開始應用。模具CAD/CAE/CAM一體化及軟件的宜人化、集成化、智能化及網絡化將是今后的發展方向。

模具企業信息化以PLM、PDM、ERP、CAPP為管理平臺，而CA D、CA E、CA M、PL M、PDM、CAPP等是從設計、工藝、制造、管理四大領域協同提高模具制造綜合競爭能力，為高端汽車模具企業數字化制造與管理提供了重要支撐。

通過管理信息化，可以促進企業的管理規范化，提高企業的運作效率和市場競爭力，把企業的管理人員從繁雜的、重復性的勞動中解放出來，使高層管理人員可以有更多的時間關注企業的發展方向，加強與客戶的溝通，開拓更廣泛的市場；市場人員也可以進一步加強客戶關系的溝通，尋找新的客戶資源；技術主管可以有時間關注模具新技術的發展與應用，加強行業內技術的交流，不斷提升企業的技術水平；生產主管可以有更多的時間考慮如何進一步提高加工效率、提升模具質量和降低制造成本，做到不斷改善。

因此，模具企業應該把握住信息化時代帶來的機遇，為企業的長遠可持續性發展打好堅實的基礎，尤其是高端汽車模具的生產制造和過程管理，信息化手段是壓縮制造周期的必要輔助工具。

加大模具材料開發及其熱處理技術創新

目前，由于國產模具材料不能完全適應模具制造業的需要，很多高性能、長壽命、交貨日期緊迫的高端汽車模具仍不得不采用進口的模具材料及其熱處理工藝。而進口材料的價格相對比較高，比國產相近材料的價格高出3～5倍，甚至更多。

從某種程度上說，它決定了模具的使用壽命和制造周期，還影響著模具的成本和價格。盡管，材料上的不足可以通過其他方面的改進來彌補，但是，這是制約我國高端汽車模具發展的一個重要方面。

結語

因此，打造高端汽車模具，必須以專業化的設計、精細化的加工為基礎，突出各環節的專業特點和精細程度，利用先進的信息化管理平臺，加強裝備的制造工藝應用和創新，就一定能夠生產出我國高端汽車模具，為推動中國汽車制造業的能力提升和中國經濟的向前發展作出貢獻。