汽车模具制造中的新技术

包括数字化模具技术(三维设计、可制造性设计(DFM)、CAPP、CAM、CAT……)、成形过程模拟(CAE)技术、高速加工技术、自动化加工技术、新材料成形技术、表面处理技术、新型(多功能复合)模具技术、信息化管理技术等等

汽车模具制造中的新技术

作者：王晋 文章来源：海克斯康测量技术（青岛）有限公司 点击数：207 发布时间：03-23 新浪微博 QQ空间 人人网 开心网 更多

模具制造是周期长且工序复杂的采用单件生产方式的制造过程.

图1 ROMOCUT铣削机器人

模具制造是周期长且工序复杂的采用单件生产方式的制造过程。从设计、铸造、加工、修模到试模交付，其中涉及到大量的反复测量和修调工作，因此生产效率是大家公认的模具行业的一个突出的问题。汽车模具有尺寸大、重量大、形面复杂的特点，技术要求也更高。面对越来越激烈的市场竞争，如何能提升技术优势，从而提高产品质量和缩短生产周期，是模具制造商追求的一致目标。本文将针对冲压和注塑模具的生产现状，介绍一些最新技术的发展与应用前景。

冲压成形和注塑成型是汽车零部件制造的基本手段。汽车外饰件大都采用冲压而成，而内饰件多采用注塑成型。据统计，汽车制造中有70%~80%的零部件需经模具生产。因此，冲压和注塑工件的制造工艺水平及质量对汽车制造质量和成本有着直接的影响。

模具是冲压和注塑成型的关键工具，模具的制造成本和周期影响着汽车的制造成本以及新产品开发的周期。目前，国外汽车界提出缩短产品的市场化周期、降低产品开发费用和减轻汽车重量的发展战略，其中的一

个重要环节就是降低车身件模具的制造费用和减少生产周期。同时，模具制造技术也正向着高效节能、安全清洁的生产方向发展。

针对汽车模具制造中的加工和测量，海克斯康集团基于自身旗下的产品，与行业大客户合作，开发出了一系列特有的应用技术，受到了越来越多的模具制造厂的关注。

图2 WLS400白光测量设备

柔性铣削系统：模型加工的新方法

消失模铸造技术以其成本低、精度高、生产效率高、环保且低能耗的优势成为模具铸造的主要手段。被国内外铸造界称为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。

用泡沫塑料材料制作消失模是汽车模具毛坯铸造中的一个重要环节，目前广泛使用的模型制作方法是使用CAM编程和数控加工中心铣削。用先进的5轴加工中心来铣削泡沫塑料恰恰是最不经济和环保的技术：设备昂贵且效率低，加工过程中产生的泡沫碎屑和粉尘严重影响了设备寿命和人员的健康。

海克斯康开发的ROMOCUT铣削机器人系统（图1），完美的解决了这一问题。ROMOCUT是专为消失模加工而设计的设备，它由机器人和专用的铣削头组成。这套铣削头的特点是高效率的空心铣刀和相连的真空除屑系统，能够实时清理泡沫碎屑和粉尘，真正做到了空中无尘，地面无屑，机身清洁，作业环境好，环保健康。

ROMOCUT不需要地基和机房，是一种可移动式NC设备。对于大尺寸工件，ROMOCUT可进行多机位移动加工，通过关节臂测量机或激光跟踪仪完成机位移动之后的精确重定位。因此ROMOCUT铣削机器人的加工行程不受限制。这样以小机器加工大工件的特点，克服了加工中心加工尺寸受限和需要固定的场所与地基的缺点。

ROMOCUT接受通用的NC G代码文件，与通用的加工设备编程没有区别，可以按需要作粗、细加工编程，并保证刀具始终沿表面法线切削。铣头功率1.2kW，主轴转速在2000~12000r/min之间可调，配置一套直径10~50的加工刀具，与普通加工中心相比，有极高的生产效率。

该系统可用于诸如聚苯乙烯（泡沫）、油泥和PU树脂等模具和造型材料的铣削加工。ROMOCUT的成本远远低于5轴加工中心，经在南汽模的实际使用，证明是一种更新换代型的技术，性价比极高。

图3 铸造毛坯及面形数据采集

白光测量设备：快速完成面形测量与分析

白光作为一种新型的面型测量技术，具有数据采集量大，效率高的特点。海克斯康集团最早与美国通用汽车合作，将白光测量系统（Cognitens）（图2）用于汽车车身件测量已有超过5年的历史。不同于其他仅用于逆向工程的白光设备，新推出的WLS400的曝光时间小于千分之一秒，这得益于高灵敏度的成像器件和高速快门技术，将环境振动的影响几乎完全消除。因此也并不需要固定的相机三角架和工件的固定防振要求。实际上，该系统是地道的手持设备，操作方便而可靠，这是生产车间使用的重要需求。该系统的另一显著特点是不需要在工件上粘贴大量用于保证精度的参考目标，仅有少量用于找正用途的参考点即可。 由于汽车模具和车身件的紧密关联性，白光测量系统被用于模具行业就是顺理成章的事了。通过在现场环境下快速测量，有效地缩短了模具制造周期。尤其在现场修模、根源问题追溯中体现的淋漓尽致。 以下列举WLS400白光测量设备在模具制造环节中的几种典型应用。 （1）毛坯件加工前智能逆向——减少空切及大进刀量

众所周知，模具的铸造毛坯件因材料的收缩有无法控制的变化量，所以粗加工余量往往是个不确定值。因此在实际的机加过程中，毛坯件的粗加工无法避免空切（铣刀没有实际加工到毛坯）和进刀过量（铣刀铣削面积过大）的产生，对机床造成的浪费和损伤。

白光因其能快速的对毛坯的外表面进行数据采集和智能逆向，生成STL 3D三角网格数据（图3）。并结合CAM软件，可以快速设计出最合理的粗加工路径，使得机床的利用率大大提高（通过与北美荻原的合作分析提升约在20%）并对刀具和机床起到保护作用，使得维护成本大大降低。

图4 分步修模中的试件变化

（2）模具调试阶段的快速测量

众所周知，模具面形是按零件的CAD数模加工而成的，但我们最终的要求是成型后的零件符合CAD数模，而并不是模具本身。因此反复大量的试模和修模是必不可少的，而且这是影响生产周期的主要因素。这期间，对零件的面形测量是一项费时而细致的工作，白光测量则可以完美的满足这一要求。

由于白光测量的高速性，可以实现快速的现场测量，从而使的原先的修模（红丹粉试模→工人经验修模）提升为数字化测量和加工模式（白光测量→精修模具）。其中可以大大节约试模的时间，并实现精确加工。 如图4所示，公差0.05mm色差图展示了一个分步修模中的试件变化过程。 （3）连续模的各模之间调整

在连续模的生产过程中，会用到类似装配过程中出现的过程监控。举例来说，有一套四序模具，经四步冲压成型后可能发现最终结果不满足要求。产生这种结果的原因有很多种，但是问题出现后的分析往往需要大量的试模过程和人工经验判断。

图5 连续模过程分析

白光测量能同步记录同一个零件在各工序间的变化过程，并可对应任一工序的半成品中的任一测点横向跟踪分析。如图5所示，四序模具在成品件部分发现问题，可回溯四序中任一工序找出问题所在。大大节省了试模材料和时间，并能对以前只能依靠经验的修改变成清晰而直观的量化信息。 （4）小批量生产中的统计分析功能

对应模具产品的交付，客户并不完全关心甚至了解在生产过程中的质量控制手段，只关心两点，即零件的合格率或称为“PIST”（Percent In Safety Tolerance）以及模具的重复性或称为“R&R”（Repeatability and Reproducibility）。此项工作的核心是大量的数据测量，使用传统的CMM测量效率极低。