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丰田模具规划与制作技能

作者:缅甸维加斯 时间:2019-05-23 16:39

缅甸维加斯

  经过对丰田的了解咱们能够看到,国际汽车模具制作技能正在向这些方向开展:计算机前的操作逐步替代现场操作,以高精度加工替代人的手艺劳动,模具的规划、制作高度标准化,单件出产方式向流水线式出产方式开展等等。结合咱们国内的模具制作状况,丰田在以下一些当地与咱们有很大的不同,值得咱们很好的学习。

  1. 精密模面规划

  咱们常说的模具规划实践上分为三个部分:冲压工艺规划、模面规划和结构规划。这三种规划的内容和侧要点是彻底不同的,丰田的作业流程为先有冲压工艺规划然后指导模面规划和模具结构规划,分别由不同的人来做,专业分工很清晰。

  丰田在规划阶段经过计算机的曲面造型,完结模面的精密规划。比方:针对进料量不同规划各种拉延筋,同一套模不同部位的拉延筋截面不同,防回弹、过拉延处理,最小压料面规划,凸凹模不等空隙规划等等。精密模面规划的成果,能够极大的削减型面加工,削减钳修,削减试模工时,它的作用非同寻常。

  比照之下,国内的模具规划还停留在结构规划阶段,模面规划没有受到很好的重视,模面实践上是靠后天完结,模具规划的落后造成了制作的落后,也就毫不奇怪了。

  2. 板料成型剖析技能运用状况

  丰田公司从5-6年前,开端运用有限元法做计算机模拟板料成型剖析,主要运用的解算软件为美国的dyna3d,他们经过了近三年的尽力才到达有用水平。现在,丰田树立了一个整车身各种典型件的剖析成果库。对一个新车型的件,假如成型性没有太大的改变,仅仅参阅原工艺不做剖析,只要特别的新造型才做板料成型剖析。丰田的新车要做样车,对造型特别的件除了做板料成型剖析外一般还要做简易模进行验证。因而,丰田人以为现在板料成型剖析还不是一件必需的、简略的事,无论是周期仍是本钱都有很大价值。

  本人以为,丰田的车型开发量很大,车型之间改变不大、相似件许多,又堆集了丰厚的人的经历,板料成型剖析确有用武之地不多,树立一个剖析成果库是一个好办法(日本富士模具公司也是这么做的)。

  3. 模面规划经历堆集机制

  丰田的规划部分除手艺勾画草图以外,规划已悉数计算机化,一般规划人员除一台作业站外还有一台笔记本电脑。但,真实创造性的规划仍是靠人脑,特别是靠人的经历堆集。丰田特别着重经历堆集机制:只要团体的经历不能有只归于个人的经历,比方:资料的统一办理,草图规划的小组讨论,图纸的多部分团体审阅,规划标准、标准的经常性增改等等。

  经历堆集机制是丰田能够不断进步模面精密规划的主要手段。比方:模具加工完结之后,一般模具型面不必研合,刃口不必对空隙,钳工只负责设备,在初度试模时也不能随便修调模具,调试模具有模面规划人员在场,初度试模缺陷需求记录下来。终究的休整成果,象拉延筋、拉延圆角改变、对称件的不对称现象等,还要进行现场丈量。这些资料的堆集、收拾、剖析、存档,都是模面规划的经历堆集,并随时加入到下一次的规划中去。

  丰田的模具规划和调试进程,真实做到了是一个闭环制作系统,借助于这种自我完善的经历堆集机制,模具的规划越来越精密,越来越准确。

  4. 空隙图规划

  在丰田,模面规划实践上是由曲面造型和nc编程两部分共同完结的,为了传达和描绘模面规划思维,就产生了除dl图、模具图之外的第三种图---空隙图也叫质量确保图。

  空隙图本人在以前还没有见识过,这或许是丰田的一种创造。模具的规划不是单纯为了规划出一种机器,能够完结它必定的动作就完了(这只能叫作结构规划),模具规划的终究意图是为了确保它所压出的产品件是合格的高质量的,空隙图便是这样一种专为确保产品件质量的图。质量确保图中,主要包含这样几项内容:模具实践符型面区域、各个符型区域的空隙值、工艺要求的模面改变状况、拉延圆角的改变、各种模面的挖空等等。凡是无法经过曲面造型完结的模面规划,都经过空隙图的传达,依托nc编程的规划来完结,在这儿nc编程也不再是单纯的完结模具结构的加工,它实践上也参与到模面规划中来了。因而,空隙图的运用也是精密模面规划的一种必定。

  5. 怎样习气大规模出产的要求

  进步资料利用率:关于大批量汽车出产来说,进步板料的利用率是模具规划的第一大事。只要把资料利用率进步几个百分点,模具的本钱就可乎略不计了。假如一套模具40万人民币,只相当于100吨钢板的价格,以寿数50万件计算,平均每件节约0.2kg钢板,就足可节约出这套模具费用了。

  削减冲压工序:模具规划的趋势是,零件的兼并,左右对称件合模,前后次序件合模等等,本来几个件合成一个件,不同的件合在一套模,模具越来越大,单件工序大大削减,整车模具数量越来越少,这对下降冲压的本钱起关键作用。例如:丰田把整车制件的模具系数,由曩昔的3点几降到2左右。

  冲压主动化:为习气冲压线彻底主动化,模具有必要考虑机械手上下料,废料的主动排出,气动、主动和传感设备普遍选用等等。

  模具的快速装换:冲压线的换模时刻,也成为一个模具规划有必要考虑的问题。如:拉延模彻底以单动替代双动,模具主动卡紧,换模不换气顶杆等等。

  6. 模具结构的规划和加工

  规划有两种意图:一个是面向规划自身,一个是面向制作。规划者在画图进程中逐步完善自己的规划思路,图画完了,自己也清楚了,因而图纸首先要规划者自己看得便利,并使规划的作业功率高。另一方面,规划要面向制作,以进步出产功率为终究意图。

  咱们应当认识到不同的出产工艺流程决定了图纸的表达方式。传统的模具总装图加零件图的方式,习气的对错框架结构的模具出产。选用大型数控铣加工以后,模具总成图成为更好的方式。在全面运用cad规划之后,假如出产方式没变,那么二维规划和总图规划也不会变,仅仅把图板换成了屏幕和键盘。我公司在97年曾一度改二维规划为三维实体规划,然而作用并不好,规划功率下降、出产上也没有得多少实惠。

  丰田在cad三维实体规划与制作紧密相合作方面为咱们供给了比较成功的经历。

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  实体规划

  丰田的模具规划已悉数选用三维实体规划,运用的软件为enginner。

  模面规划与结构规划的分隔:丰田把模具结构规划与模面规划彻底分隔的,前者是实体规划,后者仍然是曲面规划。在结构规划中模面部分仅仅示意性的,可用于实型加工,不能用于模具加工。这种分工大大简化了模具实体规划,这种简化对三维实体规划的成败很重要。

  撤销二维图纸:尺度标示大约占绘图作业量的40%,丰田不绘制传统意义上的二维图纸,也就彻底省去了这一部分的作业量。取而代之的是根据各工序需求,给出有必要的三维立体简图,和标示必要尺度的平面简图。假如从三维规划动身,终究得二维图的成果,那把一个三维实体转变成契合人看图习气的二维图,将对错常费时、费事的,规划出的实体变得毫无价值,这明显违背了实体规划的初衷,丰田的成功之处便是没有这么做。

  搭积木和修改式规划:三维实体规划选用搭积木式规划,依托三维标准件和典型结构库,使模具结构极大的标准化,变二维绘图构思为三维立体安置。一同很多借用已有的相似模具结构,经过简略修改、批改,完结新模规划。这对规划者来说,是观念上的一场革新,假如还墨守成规,先画平面图再生建立体型,那三维规划的优势就成了负担,功率太低了。

  干与检查:在二维规划中,往往规划者并没有真实的树立起三维的模具形象,对杂乱的空间问题只能靠断面图,一旦经历不足,考虑不周,空间干与就再所不免。三维实体规划最直接的长处,便对错常直观便利的干与检查,乃至能够作运动干与剖析。以往二维图规划时的一个老大难问题,在实体规划面前方便的解决。

  实体规划中的删繁就简:实体规划直接面向制作,它所规划的繁简因加工需求而定,彻底不必考虑人的看图习气。比方:铸件的倒角,在加工中凹角靠刀具完结,凸角靠人工修整,所以,规划中就不必做了;又如:标准件,彻底是收购件,在规划中也能够变成示意性的简略几何体等等。还有许多规划作业,实践上是靠后序的工艺标准完结的,如螺钉孔方位,镶块形状等。因加工需求而规划是最经济的规划。

  半主动规划:丰田在实体规划的根底上,对拉延模等一些结构典型而标准化比较高的模具,现已开发出具有必定功能的辅助程序,做到半主动规划。比方:拉延模结构规划一般都交给,新手、女职员来完结,规划一套模悉数作业也用不了一周时刻。

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  实型数控加工

  实体规划的第一个用途,便是铸件泡沫实型彻底选用数控加工。丰田的实型模是用一整块矩形泡沫数控加工出来的。实型的数控化加工出产,便是经过对实体模型的工艺修改(如:加工面贴加工余量,模型分层修改等),再经过数控编程,泡沫毛坯下料,数控加工,人工粘接和修整等几道工序完结的。在丰田,实型的出产员工,已彻底从手艺制作转变到很多的数控编程上来了,现场的简略人工粘接和修整作业,由临时工所充当。实型的数控化出产直接得利于实体规划,而又进步了铸件的精度,为后序的精密加工带来极大的优势。

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  结构面数控加工

  模具结构面便是模具型面以外的机加工面,如:导向面、镶块设备面、螺钉孔、其他需加工面等等。这些在丰田也都是靠编程,数控加工出来的。实体规划为模具的结构面数控编程加工带来了或许。结构面加工编程化,能够大大进步机加工功率,削减现场的人为操作失误,进步加工的主动化程度。当然要做到这一点,除实体规划之外,还要作许多作业,如:主动对刀、刀具办理、加工参数、编程经历等等,这方面咱们与丰田的距离就更大,没有这些根底,结构面的编程加工是不或许的。

  丰田经过实体规划真实做到在模具结构上的cad/cam一体化,也只要一体化,撤销绘制二维图的捆绑,实体规划才显示出的它的价值,两者应该同步开展相宜得彰,这便是丰田为咱们供给的经历。

  7. 大力开展高精度模面加工技能

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  型面的高精度加工

  型面高精度加工主要体现在这样几个方面:进步模面加工精度、进步加工到位程度、完结模面的精密规划。高精度加工除机床精度和刀具的办理外,主要是靠编程技能的改进来完结的。

  加工办法包含等高线加工、最大长度顺向走刀加工,精加工走刀移行密度到达0.3mm,一同改笔直刀为30度角的高速加工等等办法,以进步加工精度。

  一同在凹角清根、凸圆角加工到位、操控模具合作的不等距空隙、最大或许的缩小符型面方面都要加工到位,以完结模面的精密加工。

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  二维刃口的高精度加工

  丰田的二维刃口镶块加工,选用在专用的镶块加工流水线上,单块加工成活,加工精度能够到达按销定位安装,合模无须对空隙的程度。当二维刃口全体加工时,也选用在线丈量的办法来确保凸凹模的合模空隙,二维刃口的高精度最大的长处是能确保制件的修边毛刺得到很好的操控。

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  高精度加工的作用

  丰田经过高精度加工,使模具精度到达了模面的少钳工、无钳工化的方针。丰田的标准方案中,由机加工完结之后到第一次试模之间,只要七个钳作业业日,它根本是钳工安装时刻,而没有钳工修磨工时。在丰田,模具一经加工完结,根本上不必修圆角、不必开空隙、不必修清根,不对刃口,不研合,乃至拉延模的型面都不必去刀痕、不推磨,唯一的钳修便是用油石推磨拉延凸圆角和压料拉延面。并且第一次试模,无须修模的试压制件合格率都到达80%以上。假如不是亲眼所见难以让人相信,这便是精密模面规划和高精度加工的威力。

  8. 其他技能

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  模具资料

  丰田的拉延模资料主要选用球墨铸铁而不是现在国内流行的合金铸铁。球墨铸铁焊接性能、可加工性能好、耐磨性能和外表淬火硬度都比较理想,而本钱比合金铸铁要低得多了。修边刃口资料,选用型材镶块而不是符型的铸钢,主要是由于铸钢本钱要高得多。最值得留意的是,丰田现现已很多选用基体与刃口一体化的特别铸铁资料作修边模,使模具的机加工本钱大为下降。请留意这儿的刃口既不堆焊,也不是钢材,铸铁全体刃口只经外表火焰淬火,直接用于几十万次寿数的薄板料修边模。并且这种铸件的本钱还不高。

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  外表处理

  丰田的拉延模型面的外表处理,要求较高的选用电镀,其它模,翻边、修边刃口镶块根本上选用火焰淬火。日本现在没有选用离子渗氮技能,据丰田人讲,也有试用的考虑。对厚板料长寿数的刃口资料,丰田选用具有自己专利的特别钢材,也是火焰淬火。而先加工成型,后全体淬火的办法,由于淬火带来的变形只能靠人工修整,在丰田没有见到运用。

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  模具出产中的查验

  模具是单件出产,确保质量是一件十分困难的事,国内的模具厂大都配备很多的专职工序质检人员,这严重影响出产功率,但质量把关作用还不佳。丰田是怎样做的呢?

  工序查验:丰田人以为产品的质量在源头,规划、工艺、编程、机床、刀具才是质量真实的确保,质量是出产出来的而不是检查出来的,因而,模具各序之间没有专职查验,只要自检和互检,质量的把关靠得是每一个出产者。

  型面检测:模具的型面也根本没有丈量查验。很多的型面检测,如测拉延圆角,拉延筋的批改量,曲面的光顺度等主要是为了模面规划堆集经历,而不是为了查验模具质量是否合格。

  制件检测:丰田的产品件检查,主要靠三维丈量机进行主动数值检测,但他们也做验具,验具只起产品件定位支撑的作用。因而验具结构简略,没有强制卡紧设备,他们的产品件检测几乎是处于自由状态下的检测,这对产品件的符型性是一个十分严格的要求。

  9. 技能开展动向

  前几年咱们看到发达国家的汽车模具职业好像在萎缩。由于,当时以为模具出产离不开人的手艺劳动,发达国家具有工资本钱高、没有人愿意干这一行等因素,模具职业大有向第三国际搬运的趋势。经过丰田的开展,咱们有了一些新的认识,模具出产越来越依靠高科技,彻底能够把人工劳动降到很低,汽车对模具出产的需求最重要的是高质量和短周期,在大规模汽车出产中,模具自身的本钱远远不如模具的运用本钱更重要。

  从这一点上看,现在咱们的模具出产不具什么优势,这种工业搬运也不会成潮流,这十多年来,咱们经过硬件的技能引进得到的技能进步,并没有祢补上因人家愈加尽力的追求技能进步而带来的新的距离。换个视点说,假如汽车模具职业真的向第三国际搬运的话,那必定是个落日工业,现在汽车模具在车身资料没有突破性改变的状况下,仍是有必定的开展空间和需求的。

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  要点开展计算机技能

  丰田模具制作技能开展的要点,在于杰出计算机的运用,越来越多的人从出产现场搬运到计算机前。实体规划加上数控编程,替代了人工实型制作和机床操作。精密模面规划和精密数控编程大大削减了钳修,高精度加工撤销了模具的研合、修配。现在数控编程人员已超过了现场操作工人,数控编程的工时费用,超过了机床的加工工时费50%,编程的周期超过了机加工周期。计算机技能运用的开展,现在没有下降模具本钱,但模具出产已从依靠人的技巧转向数控化的主动、半主动化出产,这种高精度和无人化加工,使模具和产品件的质量有了极大的进步,出产周期大大缩短,计算机技能使模具制作技能又到达了一个新的高度。

  相比较就能够看出,国内现在的计算机运用还比较初级,并不是咱们的机床和软件不行,而是在运用的根底技能上有很大的距离,即使是把丰田的技能全搬来,真实做到那种作用,也不是一件容易的事。

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  消除钳工

  本来咱们以为,模具这种单件出产、型面杂乱的产品,离开手艺是不或许的,而丰田提出要消除钳工。消除钳工是一种方针,主要是指极大削减或彻底避免修磨和调整钳工(安装钳工仍是要的)。正如咱们在前面所介绍的,现在丰田的这一方针已根本完结,除修磨拉延面和拉延凸圆角外,推磨、修模和分配钳修,已大部分归于异常或祢补规划、制作的缺陷,不再是一件必要的和正常的作业。

  咱们举个比如,拉延模型面的光洁度历来是咱们着重的质量标准,曩昔为到达这一点主要是靠钳工推磨。为削减或不推磨,就要削减铣削刀痕余量,有人主张选用笔直型面加工的五轴铣床,也有选用数控型面磨。这些丰田也都选用过,但实践证明,五轴机床本钱高、功率低,编程十分困难,作用也十分不理想。终究,丰田选用高速、小移行的三轴铣削加工方式,得到高精度型面,把圆角人工推磨,而其他型面爽性不修磨,模面带刀痕拉延。

  成果证明,尽管模面谈不上光洁度(还带刀痕呢),但即使是外表质量要求很高的轿车外板件,除制件内外表有一些拉痕外,对有用的制件外外表没有任何不良影响,便是需求电镀的那些模面,也相同是带刀痕电镀。据说德国和美国有些汽车模具厂也早已废除了型面推磨。这对那些追求模具外表光洁度的人来说,真是命运开了一个大玩笑。相同,对型面凹角选用清亏,立面加工选用30度头防让刀,用不等空隙操操控件成型压力等等各种办法,现在凸凹模的合作精度,使研合和钳修失掉意义。

  因而,某种意义上的消除钳工,不再是一个梦。当然,在国内,现在一个模具厂怎样说服用户接受这种带刀痕的模具仍是一个大课题。

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  一体化加工

  丰田的机加工车间现场,有三种数控加工线:第一种是由几台床身可交换的数控机床组成的加工线,一条线里包含底面加工、卧铣、粗铣、精铣各种机床,配套分工清晰,工件换机床时不必重新装卡找正,这条流水线大约是80年代的产品。第二种是带立体仓库的无人职守的揉性加工机群,这是90年代初的产物。第三种是近年才投入运用的粗精加工一体化、高速、高精度、五面加工中心。第一种加工线,它的单机便是咱们现在运用的数控机床,但机床为多作业台式,它的不重新装卡找正方面功率很高,而咱们还根本上停留在单机作业的水平上,很值得咱们学习。关于揉性加工机群,尽管很先进,但操作起来很困难,准备作业和时刻很长,假如没有很很多的精加工使命,运用起来并不有用,便是在丰田也是如此,看来这不是一个成功的方向。

  一体化加工中心是现在正在开展的最新技能,它的长处是,集各种机床长处之大成,除底面加工之外,一次装卡,粗、精、卧,高功率、高精度、高速面面俱到,十八班武艺样样精通,加工功率很高。缺点是机床本钱很高,需求环境要求也很高,用它来粗活、重活一同干时是不是很经济呢?还不得而知。但,无疑这是一个很理想主义的技能,代表着数控加工技能的开展,应引起咱们的留意。

  丰田的技能告诉咱们

  好的模具应该是规划出来的;模具也能够流水线出产;高新技能运用是模具制作技能开展的动力;国内汽车模具业与国际先进水平相比还有距离,假如咱们不尽力,这种距离不是缩小,而是会拉大。

  经过上文,咱们仅仅把在丰田公司所看到的一些印象深入的、与国内比照性比较强的东西简略罗列在一同,并不全面也不详尽,希望这些资料能给同行以考虑。