模具自動(dòng)化制造技術(shù)的應(yīng)用

成都普什汽車模具有限公司 （四川 644007） 郭宏軍 陳 平 堯 軍

制造業(yè)水平是一個(gè)國(guó)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(guó)的國(guó)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(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。近年來(lái)，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)汽車模具制造企業(yè)提出了更高的要求，對(duì)大型自動(dòng)化、智能化、高速模具的需求迅速增長(zhǎng)，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(lái)的自動(dòng)化加工和智能化加工的先進(jìn)制造技術(shù)得到越來(lái)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。

公司及模具產(chǎn)品情況簡(jiǎn)介

成都普什模具有限公司是普什集團(tuán)旗下的全資子公司，其前身為普什模具有限公司的CB事業(yè)部（汽車模具事業(yè)部）。作為集團(tuán)高起點(diǎn)，多元化發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目，公司以高技術(shù)、大投入為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代管理和國(guó)際戰(zhàn)略為著力點(diǎn)，利用新興汽車制造業(yè)地域優(yōu)勢(shì)，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)。具有為客戶提供產(chǎn)品同步工程、先期介入、模具研發(fā)、產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造、在線服務(wù)、調(diào)試機(jī)床差異分析技術(shù)、模具生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)和報(bào)廢模具重生技術(shù)等全生命周期的技術(shù)服務(wù)能力。現(xiàn)已形成車身設(shè)計(jì)、制造、沖壓及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化管理的能力，目前已向國(guó)內(nèi)外眾多汽車生產(chǎn)廠家提供了模具產(chǎn)品及生產(chǎn)服務(wù)，獲得多家主機(jī)廠優(yōu)秀供應(yīng)商稱號(hào)。

公司消化、吸收各主流車廠標(biāo)準(zhǔn)，形成了獨(dú)具特色的“PWS”標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)了獨(dú)立的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，目前已經(jīng)具備開發(fā)各類中高檔模具的實(shí)力。為日本馬自達(dá)、法國(guó)PSA、一汽大眾、一汽轎車、神龍汽車、廣汽三菱、長(zhǎng)安馬自達(dá)和長(zhǎng)安PSA等客戶設(shè)計(jì)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(xiǎn)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(jì)、模面間隙設(shè)計(jì)等自主專利技術(shù)以及高速精密浮動(dòng)落料模、多工位模具、自動(dòng)化模具、高強(qiáng)板模具和頂蓋模具等特色產(chǎn)品。

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(diǎn)，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(tái)（SORALOCE機(jī)床、RAMBAUDI機(jī)床和MECOF機(jī)床），五面加工中心20余臺(tái)，三軸加工中心、數(shù)銑、普加等20余臺(tái)。

（1）對(duì)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（見(jiàn)圖1）完全能滿足加工的需要，該機(jī)床的主要參數(shù)包括：固定工作臺(tái)尺寸為7 000mm×2 500mm；旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)尺寸為2 500mm×2 500mm，前后移動(dòng)量為1 500mm；主軸最大伸出量為1 025mm，上下移動(dòng)量為3 000mm；左右移動(dòng)量為3 000mm，轉(zhuǎn)速最大為3 000r/min；A軸、B軸和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)范圍為0°～360°。

（2）對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜以及型面質(zhì)量要求高的汽車模具，可采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行高速加工，如RAMBAUDI公司的RAM-speed-H45 PLUS型高速加工中心（見(jiàn)圖2），該機(jī)床的主要參數(shù)包括：加工范圍為4 500mm×2 700mm×1 500mm；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24 000r/min；主軸用氮化硅（Si3N4）陶瓷球軸承；刀庫(kù)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。

圖1 SORALOCE機(jī)床

圖2 RAMBAUDI公司的RAM-Speed-H45 PLUS型高速加工中心

模具產(chǎn)品目前采用的主要加工技術(shù)

模具自動(dòng)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(dòng)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(duì)，采用TRITOP掃描技術(shù)、模擬仿真和在線檢測(cè)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(dòng)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(diǎn)和參考點(diǎn)來(lái)構(gòu)建一個(gè)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(cè)量原理，可在極短的時(shí)間獲得復(fù)雜工件表面的完整點(diǎn)云的一種技術(shù)。采用TRITOP技術(shù)對(duì)模具鑄件毛坯進(jìn)行掃描，從而獲得加工前模具的真實(shí)狀態(tài)，為汽車模具自動(dòng)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(dòng)化制造的安全性，需對(duì)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(kù)，確保了汽車模具自動(dòng)化制造的安全性。

（3）汽車模具在自動(dòng)化制造過(guò)程中，加工精度主要取決于加工刀具的測(cè)量與精度補(bǔ)償。在機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)就是在機(jī)床上利用工件測(cè)頭對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)的一種測(cè)量方式，對(duì)模具加工全過(guò)程的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償，防止人為誤操作，保證了汽車模具自動(dòng)化制造的精度。

頂蓋制造技術(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(jì)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(yàn)，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）型面加工時(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(méi)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。

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(guó)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(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)模具表面淬火后硬度低或者開裂問(wèn)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(guò)程序的控制，不但能有效的保證模具表面淬火的要求，而且還提高了模具表面淬火效率。目前，我公司使用激光淬火機(jī)床對(duì)模具進(jìn)行淬火已進(jìn)入實(shí)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6 加工區(qū)域和避空區(qū)域的加工方式

圖7 采用數(shù)控激光淬火機(jī)床對(duì)汽車模具淬火

結(jié)語(yǔ)

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(dòng)化是汽車模具制造領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。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(dòng)化技術(shù)都將全面覆蓋、系統(tǒng)連接生產(chǎn)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，提升品質(zhì)，降低成本，形成一套自動(dòng)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(lái)，隨著新興科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，同時(shí)伴隨著我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)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(lái)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化逐步同自動(dòng)化技術(shù)相互融合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同開拓汽車模具制造的新領(lǐng)域。