虞耀君 馬明亮 丁志華

(①九江學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院,江西九江 332005;②九江學(xué)院教務(wù)處,江西九江,332005)

目前,我國(guó)模具總產(chǎn)值已躍居世界第三,僅次于日本和美國(guó),其中汽車、摩托車、家電行業(yè)是模具最大的市場(chǎng),占整個(gè)模具市場(chǎng)份額的80%以上[1]。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2007年,中國(guó)模具市場(chǎng)容量已超過700億元,預(yù)計(jì)“十一五”末期,中國(guó)模具業(yè)市場(chǎng)份額將達(dá)1400億元。

隨著我國(guó)模具行業(yè)產(chǎn)品細(xì)分化、專業(yè)化的趨勢(shì),汽車模具行業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)。具有一定規(guī)模的國(guó)內(nèi)汽車車身模具制造企業(yè)有l(wèi)00多家,其中產(chǎn)值超過1億元的就有20家。國(guó)內(nèi)大型數(shù)控機(jī)床數(shù)量已經(jīng)超過800臺(tái),與德國(guó)、美國(guó)、日本的大型數(shù)控機(jī)床數(shù)量相當(dāng)。

但是,我國(guó)離模具強(qiáng)國(guó)的距離還較遠(yuǎn)。“十二五”期間,我國(guó)應(yīng)抓住重點(diǎn)企業(yè)和重點(diǎn)產(chǎn)品進(jìn)行突破,汽車覆蓋件模具就是突破口之一。在汽車覆蓋件模具中,加大中高檔轎車模具的投入力度,下功夫突破某些關(guān)鍵技術(shù)尤其重要。本文據(jù)此進(jìn)行了分析。

1 汽車模具先進(jìn)制造技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1 高速、高精度加工

目前高速高精度加工已被國(guó)際先進(jìn)企業(yè)普遍采用,國(guó)內(nèi)也正在逐步普及并走向成熟。高速加工的目的不單純是為了提高加工效率,更重要的是通過高速實(shí)現(xiàn)小步距、低殘留的高精度加工。

汽車模具型面的加工屬于高度復(fù)雜的自由曲面加工,能不能實(shí)現(xiàn)高速加工,主要是取決于數(shù)控機(jī)床曲面加工的動(dòng)態(tài)精度,而不是取決于一般機(jī)床產(chǎn)品樣本中所說的靜態(tài)精度。一臺(tái)適用于汽車模具的高速數(shù)控銑,必須同時(shí)具備高剛度、高精度、高轉(zhuǎn)速、優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能、高速下的連續(xù)工作時(shí)間等綜合性能[2]。遺憾的是,國(guó)內(nèi)機(jī)床復(fù)雜曲面加工的動(dòng)態(tài)精度還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考。

高精度加工的目標(biāo)就是最大程度地減少鉗修。比如,上下模刃口間隙直接加工到位;沖孔凸凹模直接安裝無(wú)需調(diào)試;拉延模曲面有很高的光順性以及無(wú)接刀痕跡;凸棱的較小粗糙度值和凹角無(wú)干涉等。

1.2 粗加工高速化

傳統(tǒng)的粗加工一般通過深切削、低轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給一次完成加工。數(shù)控機(jī)床在低轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給條件下的加工扭力很大,而總功率卻很小,機(jī)床效率發(fā)揮不出來(lái)。為提高加工效率,現(xiàn)在粗加工的發(fā)展趨勢(shì)是中轉(zhuǎn)速、中吃深、高進(jìn)給、多層加工完成。雖然加工的層數(shù)增加了,但由于機(jī)床功率實(shí)現(xiàn)了最大化,一般可使加工效率提高30%以上。粗加工高速化的工藝方法,特別適應(yīng)于粗、精一體化加工機(jī)床,不失為一種值得推廣借鑒的新技術(shù)。

1.3 鑲塊鑄件化與高效加工

鑲塊的加工在模具總加工量中所占比重較大,因此有效地縮短這部分工時(shí)意義重大。最好的加工辦法是少切削和無(wú)切削,目前發(fā)展的重點(diǎn)就是鑲塊的鑄件化和通過合理設(shè)計(jì)來(lái)最大程度地減少加工面[3]。

1.4 汽車模具的CAD/CAM技術(shù)

在模具CAD/CAM系統(tǒng)中,產(chǎn)品的幾何模型是其最基本的核心數(shù)據(jù),并作為整個(gè)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析中最原始的依據(jù),通過模具CAD/CAM系統(tǒng)的計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)得到大量信息,運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并直接送到生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個(gè)方面,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化。與傳統(tǒng)的制造方法相比,采用CAD/CAM模具生產(chǎn),可以縮短模具制造周期以滿足產(chǎn)品更新頻繁的需求,同時(shí)大為提高模具精度。

1.5 汽車模具的快速成形技術(shù)

快速成形技術(shù)(Rapid Prototyping,簡(jiǎn)稱RP)是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、精密機(jī)械、數(shù)控技術(shù)和材料學(xué)為一體的新興技術(shù),它采用離散堆積原理,將所設(shè)計(jì)物體的CAD模型轉(zhuǎn)化成實(shí)物樣件。以RP技術(shù)為支撐的快速模具制造技術(shù)(Rapid Tooling,簡(jiǎn)稱RT),也正是為了縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期,早日向市場(chǎng)推出適銷對(duì)路的產(chǎn)品而發(fā)展起來(lái)的新型模具制造技術(shù)。采用RT技術(shù)制模,制作周期為傳統(tǒng)模具制造的1/10～1/3,生產(chǎn)成本僅為1/5～1/3,同時(shí)工藝簡(jiǎn)單,精度和壽命能滿足功能需要,綜合效益良好,是一種快捷、方便、實(shí)用的模具制造技術(shù),特別適用于新產(chǎn)品開發(fā)、工藝和功能驗(yàn)證以及多品種小批量產(chǎn)品生產(chǎn)[4-5]。

1.6 汽車模具的電刷鍍和噴焊快速修復(fù)

采用電刷鍍及噴焊等方法可以現(xiàn)場(chǎng)快速修復(fù)各類汽車、摩托車模具,其中對(duì)于汽車地板革成形模具,采用刷鍍工藝可獲得與基體結(jié)合良好的修復(fù)鍍層,鍍層表面硬度達(dá)60～62 HRC,完全滿足使用要求。對(duì)于汽車半軸擺動(dòng)輾壓模具,采用噴焊修復(fù)工藝可得到硬度60～65 HRC的模具表面修復(fù)噴焊層,經(jīng)過2年連續(xù)使用仍表面光亮,未出現(xiàn)變形和裂紋等缺陷[6]。

1.7 汽車模具的離子滲氮新技術(shù)

1999年,盧森堡Ib.Georges J發(fā)明了活性屏離子滲氮技術(shù)。其原理是將高壓電源的負(fù)極接在真空室內(nèi)金屬屏上,被處理的工件置于金屬屏內(nèi),當(dāng)金屬屏接通高壓電源后,低壓反應(yīng)室內(nèi)的氣體被電離,在電場(chǎng)的作用下,被激活的氣體離子轟擊金屬屏使金屬屏升溫;同時(shí),在離子轟擊下不斷有鐵或鐵的氮化物微粒被濺射出來(lái),以微粒的形式沉積到工件表面,微粒中的氮向工件內(nèi)部擴(kuò)散,達(dá)到滲氮的目的[7]。

在活性屏離子滲氮過程中,金屬屏同時(shí)起到兩個(gè)作用:一是通過輻射將工件加熱到滲氮處理所需的溫度;二是向工件表面提供鐵或鐵的氮化物微粒。

活性屏離子滲氮新技術(shù)的特點(diǎn)是:在滲氮過程中,工件處于懸浮狀態(tài),離子轟擊金屬屏而不是工件本身。與常規(guī)離子滲氮相比,該技術(shù)可以處理不同形狀的工件,并能消除邊緣效應(yīng)以及空心陰極效應(yīng),還能方便地測(cè)量工件的溫度等。

通過離子滲氮技術(shù)在模具表面形成一層比基體材料硬度和強(qiáng)韌性更高的耐疲勞滲氮層,可以在保持模具表面減少熱疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展前提下,充分發(fā)揮離子滲氮提高模具抗熱變形與熱磨損的能力,從而使模具壽命大為延長(zhǎng)。

1.8 鉗工制造的只裝不配少修

消滅鉗工是國(guó)外一些模具企業(yè)提出的理想口號(hào),它集中地代表了模具制造技術(shù)的發(fā)展方向;通過CAD技術(shù)的提高而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化制造和少人無(wú)人化加工;通過CAM技術(shù)的提高而實(shí)現(xiàn)裝配、研合、推磨等鉗工作業(yè)的高效;通過CAE技術(shù)的提高而實(shí)現(xiàn)模具調(diào)試一次成功。

2 汽車模具行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)分析

(1)精益生產(chǎn)、智能制造、快速成型。

(2)虛擬仿真技術(shù),把設(shè)計(jì)、加工、裝配、成型等工序統(tǒng)一反映在虛擬環(huán)境當(dāng)中。

(3)CAD/CAE/CAM向智能化、三維化和協(xié)同作業(yè)方向發(fā)展。具體表現(xiàn)為:模具設(shè)計(jì)、分析及制造三維化;模具軟件智能化;模具軟件應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)。

(4)模具加工、檢測(cè)設(shè)備向高精度、高效和多功能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)為:高速、多軸、高精度的模具加工設(shè)備;模具檢測(cè)設(shè)備的日益精密、高效;現(xiàn)場(chǎng)化的模具檢測(cè)技術(shù);快速經(jīng)濟(jì)的制模技術(shù)。

(5)模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速。具體表現(xiàn)為:模具鋼材料系列化、新品研發(fā);模具表面處理新技術(shù)推廣應(yīng)用,如硬化膜沉積技術(shù)、鏡面拋光技術(shù)等。

(6)模具、零件日趨大型化、精密化、復(fù)合化。具體表現(xiàn)為:多功能的復(fù)合模具;注射模推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)以提高制件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量,同時(shí)大幅度節(jié)約原材料;高精度模具加工精度要求在1 μm以內(nèi);超精加工工藝。

(7)企業(yè)管理與協(xié)同作業(yè)要求越來(lái)越嚴(yán)格。模具需求量不斷增加、更新速度加快、質(zhì)量要求越來(lái)越高,交貨周期縮短,這些都給企業(yè)管理提出了更高要求。因此,需要引進(jìn)世界先進(jìn)制模技術(shù)和設(shè)計(jì)軟件;強(qiáng)調(diào)質(zhì)量、協(xié)同作業(yè)、降低成本;強(qiáng)調(diào)人的因素、重視人才[8]。

3 汽車模具行業(yè)未來(lái)供給及市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)

總的來(lái)說,中國(guó)技術(shù)含量低的模具已供過于求,其市場(chǎng)利潤(rùn)空間狹小,而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠(yuǎn)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,精密、復(fù)雜的沖模以及轎車覆蓋件模等高檔模具仍有較大發(fā)展空間。中國(guó)汽車模具行業(yè)今后的發(fā)展方向應(yīng)該注重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和定位。

目前,國(guó)內(nèi)汽車沖模行業(yè)年生產(chǎn)能力只有80～90億元,而中國(guó)汽車市場(chǎng)的模具需求量已達(dá)到200多億元。中國(guó)汽車工業(yè)的高速發(fā)展給模具工業(yè)發(fā)展提供了巨大機(jī)遇。

當(dāng)前汽車覆蓋件模具每年市場(chǎng)容量約人民幣60億元,主要包含兩部分需求:一是新車型,二是改型車。一款全新車型需汽車覆蓋件模具350～400副,價(jià)值約1.2億元。按2010年國(guó)產(chǎn)新車型42款計(jì),折合50.4億元;一款改型車平均約有25%的汽車覆蓋件模具需要更換,更換的模具價(jià)值約0.3億元,按2010年約87款改型車計(jì),折合26.1億元。由于汽車行業(yè)的快速增長(zhǎng),預(yù)計(jì)汽車覆蓋件模具行業(yè)市場(chǎng)需求增速將達(dá)每年20%,2010年汽車覆蓋件模具的市場(chǎng)容量將超過95億元。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)模具市場(chǎng)特別是汽車模具市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿薮?現(xiàn)已成長(zhǎng)為具備相當(dāng)規(guī)模行業(yè),但是距離模具強(qiáng)國(guó)還有較大的差距。中國(guó)技術(shù)含量低的模具已供過于求,市場(chǎng)利潤(rùn)空間狹小;而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠(yuǎn)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,精密、復(fù)雜的沖模以及轎車覆蓋件模等高檔模具仍有很大發(fā)展空間。本文簡(jiǎn)要介紹了汽車模具的制造技術(shù),包括高速高精度加工、粗加工高速化、鑲塊鑄件化、CAD/CAM技術(shù)、快速成型技術(shù)、電刷鍍和噴焊快速修復(fù)、離子滲氮新技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上對(duì)中國(guó)汽車模具的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求進(jìn)行了預(yù)測(cè)。中國(guó)汽車模具行業(yè)今后的發(fā)展方向應(yīng)該注重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和定位,進(jìn)一步提升模具的制造技術(shù)水平,占領(lǐng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度好、技術(shù)先進(jìn)的高檔模具市場(chǎng)。

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