智能化模具制造在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用

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摘要：模具制造設(shè)與設(shè)計是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝，在汽車產(chǎn)品應(yīng)用中更是非常廣泛，60%以上的汽車零部件需要利用模具來生產(chǎn)和制造。數(shù)字化手段和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使汽車模具的制造與設(shè)計實(shí)現(xiàn)了智能化，同時也對其制造提出更高的要求，傳統(tǒng)的汽車模具設(shè)計方法受到了一定程度的挑戰(zhàn)，本文主要對智能化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，以期對相關(guān)研究者有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：智能化；模具制造；設(shè)計；應(yīng)用；汽車生產(chǎn)

1智能化模具制造與設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)以來，我國的汽車產(chǎn)業(yè)得到了十足的發(fā)展，增長勢頭迅猛，已然成為汽車生產(chǎn)與銷售的佼佼者，這一切得益于數(shù)字化進(jìn)程和計算機(jī)發(fā)展的所帶來的汽車制造與設(shè)計的智能化?？v觀整個車身，我們不難發(fā)現(xiàn)90%以上的汽車零部件依托于沖壓成型方法來完成制造與生產(chǎn)，其設(shè)計水平對車輛的性能和質(zhì)量能直接影響車輛的性能；隨著計算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用，智能化的模具生產(chǎn)與制造廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的模具設(shè)計和制造方法被逐步摒棄。性能好、質(zhì)量優(yōu)，生產(chǎn)周期短、制造成本低的，智能化的模具制造與設(shè)計，為我國汽車制造與銷售的飛速發(fā)展提供了先天條件。汽車沖壓模具是汽車制造與設(shè)計工藝中的重要組成部分，主要指通過冷沖壓的加工工藝，將金屬原料加工制造成汽車裝配零部件的一種裝備，主要用于制作車頂覆蓋件、車門內(nèi)板，以及形狀尺寸復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)沖壓模具，優(yōu)勢明顯。

2汽車生產(chǎn)中智能化模具制造的應(yīng)用技術(shù)

利用計算機(jī)外部設(shè)備，開展程序設(shè)計工作，結(jié)合現(xiàn)有的模具設(shè)計技術(shù)與相輔相成的工藝，整合并運(yùn)用各類專業(yè)技術(shù)，對設(shè)計工作不斷的改進(jìn)、優(yōu)化、升級，全面應(yīng)用高速運(yùn)算，并承擔(dān)存儲的功能，實(shí)現(xiàn)汽車模具設(shè)計與制造的智能化應(yīng)用，已然成為當(dāng)代汽車模具開發(fā)設(shè)計人員不可或缺的工具。縱觀我國的汽車制造業(yè)，輔助設(shè)計（CAD）、輔助工程（CAE）、輔助制造（CAM）等三類智能化模具制造的技術(shù)基本涵蓋了我國現(xiàn)有汽車模具設(shè)計和制造的主要智能化技術(shù)。

2.1模具輔助設(shè)計——CAD技術(shù)

CAD作為一項計算機(jī)輔助技術(shù)，主要作用于機(jī)械設(shè)計。美、德、日本等先進(jìn)的發(fā)達(dá)最早啟用該技術(shù)，著名的汽車品牌———通用、豐田，都依托于這種作用于模具加工的工具而取得巨大成功。隨著相關(guān)配套技術(shù)的不斷完善，標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊、凹凸模的合理布局等功能逐漸融入CAD技術(shù)，使用該項技術(shù)的汽車車上企業(yè)在機(jī)械設(shè)計方面取得了質(zhì)的飛越。Auto-CAD、Pro-E、UGNX、SolidWorks是常見的CAD軟件，可在模具設(shè)計和制造中承擔(dān)計算、存儲和繪圖等工作，在多種計算機(jī)操作系統(tǒng)下工作，對CAD系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、企業(yè)專用標(biāo)準(zhǔn)件庫等，能夠使汽車模具的設(shè)計智能化程度更高。2.2工程輔助設(shè)計———CAE技術(shù)CAE是一種偏重于模具制造過程分析的技術(shù)（過程詳見圖1），將生產(chǎn)中的不同環(huán)節(jié)信息集成，用靜態(tài)和動態(tài)的分析手段，解構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、熱傳導(dǎo)、彈塑性等，并對其進(jìn)行優(yōu)化。Dynaform、AutoForm、HyperWorks、Abaqus、Patran/Nastran、ANSYS是可用于汽車模具設(shè)計與制造的CAE軟件，能夠?qū)α慵脑O(shè)計和制造過程進(jìn)行沖壓工藝分析，預(yù)估缺陷，并根據(jù)分析結(jié)果修改和優(yōu)化工藝方案，得出最佳的方案。該設(shè)想最早由美國通用汽車提出，現(xiàn)已被成熟的應(yīng)用于汽車模具產(chǎn)品設(shè)計的初期，通常與CAD技術(shù)聯(lián)用，對產(chǎn)品的力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行仿真模擬，校對模具設(shè)計圖紙存在的缺陷和錯誤，進(jìn)行修正和優(yōu)化，縮短生產(chǎn)周期同時，產(chǎn)品的不合格率大大降低。2.3制造輔助設(shè)計———CAM技術(shù)作為一種利用計算機(jī)來控制模具生產(chǎn)過程的科學(xué)技術(shù)，對于是用于連接計算機(jī)與制造生產(chǎn)設(shè)備而言，CAM技術(shù)起到了意義非凡的紐帶作用，既承擔(dān)指導(dǎo)汽車生產(chǎn)規(guī)劃、控制生產(chǎn)設(shè)備和處理運(yùn)行數(shù)據(jù)的作用，又同步開展物料流動、產(chǎn)品檢測等相關(guān)配套工作，還不忘參與仿真和模擬制造，提升、優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)的同時，還能實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)存在的隱患，提前制定解決方案，使成產(chǎn)過程的失誤率大大降低。將該技術(shù)多與CAD、CAE兩項技術(shù)聯(lián)用，對汽車模具的優(yōu)化設(shè)計和模具制造工作效率的提升至關(guān)重要。

3汽車生產(chǎn)中智能化模具設(shè)計的應(yīng)用

3.1汽車保險杠模具設(shè)計

保險杠作為汽車零部件的重要成員，用于生產(chǎn)它的模具是汽車生產(chǎn)中常見的大型模具，制作過程中的塑料溶體加工工藝與制作流程非常繁瑣，生產(chǎn)過程中的正確性與合理性更是澆注系統(tǒng)設(shè)計的重中之重，塑料壓力、溫度變化都對其影響甚多，可以說直接決定著所出品模具的質(zhì)量與品質(zhì)。與此同時，設(shè)計澆注系統(tǒng)的過程中必須控制好澆口的數(shù)量及位置，確保其符合各項尺寸和形狀的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定。這個過程中如出現(xiàn)質(zhì)量問題，Moldfow軟件可對保險杠模型進(jìn)行CAE模擬分析，能夠有效改善注塑模澆口位置，預(yù)防保險杠生產(chǎn)可能出現(xiàn)的各類質(zhì)量問題。

3.2汽車燈具模具設(shè)計

汽車燈具制造需要一種復(fù)雜的曲面注塑模具，屬于高端技術(shù)，因市場需求逐年上漲，利潤增多，該磨具的制作專業(yè)性顯著提升。當(dāng)前，汽車工業(yè)的發(fā)展極速，通過智能化手段對燈具的模具進(jìn)行升級改造，能夠很好適應(yīng)市場需求，從而為生產(chǎn)者帶來更多收益。隨著，車燈類型的不斷增多，且美觀度越來越強(qiáng)，曲面流線也更加的復(fù)雜，裝配度也更加精細(xì)。車燈模具的制造企業(yè)需要積極地引進(jìn)智能化的設(shè)備，提高設(shè)計的美感，提升模具制造的精準(zhǔn)度及生產(chǎn)效率。

3.3汽車門把手注塑工藝模擬分析

汽車的塑件壁厚差較大，一般的注塑工藝會使其在壁厚的部分產(chǎn)生較大收縮，整體的表面質(zhì)量會受到較大的影響，生產(chǎn)過程中需選擇氣鋪?zhàn)⑺艹尚?，利用空氣把圓弧處吹空，同時采取保壓措施，避免表面出現(xiàn)收縮的情況。3.4汽車覆蓋件沖壓模具汽車覆蓋件是汽車重要的零部件，汽車的車身和駕駛室的表面構(gòu)件均會用到該部件，一般會按照作用部位的不同分為外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件。其中，裸露于車身的統(tǒng)稱為外覆蓋件，包覆在車體的其他位置的統(tǒng)稱為內(nèi)覆蓋件，車輛的飾品和骨架覆蓋件等汽車零部件多屬于內(nèi)覆蓋件。作為汽車行駛中的動能來源的引擎，其覆蓋件———引擎罩屬于標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)覆蓋件（圖2所示），多利用UG軟件平臺，CAD技術(shù)&CAE技術(shù)協(xié)同應(yīng)用，輔以Dynaform進(jìn)行專業(yè)的模擬分析，使用VC++編程語言一起完成汽車引擎罩的設(shè)計和制造。通常情況來講，汽車覆蓋件的界面設(shè)計由UIStyler完成，通過該項技術(shù)的使用，其界面風(fēng)格能夠與UG保持一致，便于設(shè)計人員的實(shí)操。

3.5其他沖壓模具

汽車零部件的生產(chǎn)過程中，哪些尺寸較小的零部件的生產(chǎn)與設(shè)計，往往采用一模多出的模具設(shè)計制作產(chǎn)品，操作一次即可獲得多個產(chǎn)品，產(chǎn)品生產(chǎn)周期大幅縮短，工作效率快速飆升。對比運(yùn)用CAD/CAE復(fù)合技術(shù)的模具設(shè)計方案，未采用該項方法的模具方案設(shè)計，沖壓產(chǎn)品的廢品率明顯較高，模具使用發(fā)生故障的次數(shù)也非常多，甚至模具的使用壽命也會會大大縮短。

4智能化在汽車沖壓模具設(shè)計與制造中存在的問題及分析

智能化為汽車模具的設(shè)計和制造帶來了諸多好處，精準(zhǔn)度更高、生產(chǎn)周期縮短、預(yù)測問題精準(zhǔn)、提前解決隱患，但任何事物都不是完美無瑕的，智能化在汽車生產(chǎn)制造中的應(yīng)用也一樣，智能化在汽車產(chǎn)品的制造與設(shè)計中的應(yīng)用也有其自身的不足。

4.1缺乏專業(yè)人才

智能化的汽車生產(chǎn)與制造，離不開計算機(jī)技術(shù)的支撐，需要實(shí)施者具備軟件操作、程序編制的計算機(jī)知識，同時還需具備豐富的汽車專業(yè)知識。目前，我國該類型的人才少之又少，多數(shù)都知識面單一，難以滿足汽車生產(chǎn)制造與設(shè)計的綜合型要求。

4.2標(biāo)準(zhǔn)化程度低

目前的汽車生產(chǎn)企業(yè)，各自擁有一套自己的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，汽車模具加工企業(yè)也一樣，這一現(xiàn)狀使計算機(jī)軟件在工作中難以形成統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和制造規(guī)范，導(dǎo)致現(xiàn)有的智能化工具系統(tǒng)集成化和智能化程度過低，造成一定程度的浪費(fèi)。4.3CAD軟件開發(fā)不足我國有關(guān)汽車生產(chǎn)與制造的智能化手段開發(fā)，與國外的技術(shù)相比較為落后。由我國自主研發(fā)的CAD軟件數(shù)量依然不足，由國外公司引進(jìn)的技術(shù)多為通用型，其技術(shù)相對落后，針對性不足；自主開發(fā)軟件的則開發(fā)周期過長，無法滿足技術(shù)的發(fā)展速度。

4.4管理方式不適宜

對于汽車行業(yè)，企業(yè)的發(fā)展不止需要專業(yè)技術(shù)的加持，管理方式也對企業(yè)的發(fā)展影響頗深，企業(yè)的管理方式對技術(shù)進(jìn)步往往有一定的影響，智能化技術(shù)能否在汽車模具設(shè)計和制造中發(fā)揮其作用也會有所影響。

5結(jié)束語

當(dāng)下，智能化的快速發(fā)展促成了計算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計與制造中更為廣泛的應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展加速了世界各國、各個企業(yè)間的交流頻率，汽車模具的設(shè)計與制造，特別是三維設(shè)計與數(shù)字化控制將未來行業(yè)發(fā)展的主流趨勢；將智能化的模具設(shè)計與制造過程和項目管理、客戶關(guān)系管理、財務(wù)系統(tǒng)管理等結(jié)合起來，綜合考慮，運(yùn)用現(xiàn)代化的管理觀念，必將會推動汽車模具行業(yè)的跨越式發(fā)展。

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作者:李添翼 單位:常州市高級職業(yè)技術(shù)學(xué)校