模具設計實際上分為三個部分:沖壓工藝設計、模面設計和結構設計。結合我們國內的模具制造情況,豐田在以下一些地方與我們有很大的不同,值得我們很好的借鑒。
連續彎曲模動畫
在沖壓工藝設計環節看豐田是如何與眾不同的:
1、精細模面設計:豐田在設計階段通過計算機的曲面造型,完成模面的精細設計。比如:針對進料量不同設計各種拉延筋,同一套模不同部位的拉延筋截面不同,防回彈、過拉延處理,最小壓料面設計,凸凹模不等間隙設計等等。精細模面設計的結果,可以極大的減少型面加工,減少鉗修,減少試模工時,它的作用非同小可。對比之下,國內的模具設計還停留在結構設計階段,模具設計的落后造成了制造的落后。
2、板料成型分析技術應用:豐田建立了一個整車身各種典型件的分析結果庫。對一個新車型的件,如果成型性沒有太大的變化,只是參考原工藝不做分析,只有特殊的新造型才做板料成型分析。豐田的新車要做樣車,對造型特殊的件除了做板料成型分析外一般還要做簡易模進行驗證。
3、模面設計經驗積累機制:豐田的設計部門除手工勾畫草圖以外,設計已全部計算機化,一般設計人員除一臺工作站外還有一臺筆記本電腦。但,真正創造性的設計還是靠人腦,特別是靠人的經驗積累。豐田特別強調經驗積累機制:只有集體的經驗不能有只屬于個人的經驗,豐田的模具設計和調試過程,真正做到了是一個閉環制造系統,借助于這種自我完善的經驗積累機制,模具的設計越來越精細,越來越準確。
4、間隙圖設計,在豐田模面設計實際上是由曲面造型和nc編程兩部分共同完成的,為了傳達和描述模面設計思想,就產生了除dl圖、模具圖之外的第三種圖---間隙圖也叫質量保證圖。
5、大規模生產對設計的影響:豐田的生產規模是世界一流的,它在模具設計如何適應大規模生產的要求方面具有豐富的經驗。
提高材料利用率:
對于大批量汽車生產來說,提高板料的利用率是模具設計的第一大事。只要把材料利用率提高幾個百分點,模具的成本就可乎略不計了。如果一套模具40萬人民幣,只相當于100噸鋼板的價格,以壽命50萬件計算,平均每件節約0。2kg鋼板,就足可節約出這套模具費用了。
減少沖壓工序:
模具設計的趨勢是,零件的合并,左右對稱件合模,前后順序件合模等等,原來幾個件合成一個件,不同的件合在一套模,模具越來越大,單件工序大大減少,整車模具數量越來越少,這對降低沖壓的成本起關鍵作用。例如:豐田把整車制件的模具系數,由過去的3點幾降到2左右。沖壓自動化:為適應沖壓線完全自動化,模具必須考慮機械手上下料,廢料的自動排出,氣動、自動和傳感裝置普遍采用等等。
模具的快速裝換:
沖壓線的換模時間,也成為一個模具設計必須考慮的問題。如:拉延模完全以單動代替雙動,模具自動卡緊,換模不換氣頂桿等等。
模具結構的設計和加工:
設計有兩種目的:一個是面向設計本身,一個是面向制造。設計者在畫圖過程中逐步完善自己的設計思路,另一方面,設計要面向制造,以提高生產效率為最終目的。
1、實體設計:模面設計與結構設計的分開:豐田把模具結構設計與模面設計完全分開的,前者是實體設計,后者仍然是曲面設計。在結構設計中模面部分只是示意性的,可用于實型加工,不能用于模具加工。這種分工大大簡化了模具實體設計。
2、實型數控加工:在豐田,實型的生產員工,已完全從手工制作轉變到大量的數控編程上來了,現場的簡單人工粘接和修整工作,由臨時工所充當。實型的數控化生產直接得利于實體設計,而又提高了鑄件的精度,為后序的精細加工帶來極大的優勢。
3、構造面數控加工:模具構造面就是模具型面以外的機加工面,如:導向面、鑲塊安裝面、螺釘孔、其他需加工面等等,這些在豐田也都是靠編程,數控加工出來的。實體設計為模具的構造面數控編程加工帶來了可能。豐田通過實體設計真正做到在模具結構上的cad/cam一體化,也只有一體化,取消繪制二維圖的束縛,實體設計才顯示出的它的價值,兩者應該同步發展相宜得彰,這就是豐田為我們提供的經驗。
高精度加工:
模面的加工是模具加工的重點,豐田在近年來大力發展高精度模面加工技術,取得了讓人耳目一新的成果。
1、型面高精度加工:型面高精度加工主要體現在這樣幾個方面:提高模面加工精度、提高加工到位程度、實現模面的精細設計。高精度加工除機床精度和刀具的管理外,主要是靠編程技術的改進來實現的;
2、 二維刃口的高精度加工:豐田的二維刃口鑲塊加工,采用在專用的鑲塊加工流水線上,單塊加工成活,加工精度可以達到按銷定位裝配,合模無須對間隙的程度。
3、 高精度加工的效果:豐田通過高精度加工,使模具精度達到了模面的少鉗工、無鉗工化的目標。豐田的標準計劃中,由機加工完成之后到第一次試模之間,只有七個鉗工工作日,它基本是鉗工裝配時間,而沒有鉗工修磨工時。
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