丰田模具设计思路的借鉴与启发

国际金属加工网 2017年10月17日

丰田汽车公司的模具设计与制造技术,在管理和技术有许多独到之处。本文对模具生产制造技术作初步的探讨,对急待改进生产方式、推进科学管理和提高制造技术水平的国内汽车模具同行,可能会有一些借鉴和启发。

日本的制造术,一个经济界和汽车界流传了经久的神话。丰田,相信大家都很熟悉,其模具设计和制造技术达到了世界一流的水平,在管理和技术方面都有独到之处。世界汽车模具制造技术正在向这些方向发展:计算机前的操作逐步代替现场操作,以高精度加工代替人的手工劳动,模具的设计、制造高度标准化,单件生产方式向流水线式生产方式发展等等。

模具设计实际上分为三个部分:冲压工艺设计、模面设计和结构设计。结合我们国内的模具制造情况,丰田在以下一些地方与我们有很大的不同。

在冲压工艺设计环节看丰田是如何与众不同的:

1、精细模面设计:丰田在设计阶段通过计算机的曲面造型,完成模面的精细设计。比如:针对进料量不同设计各种拉延筋,同一套模不同部位的拉延筋截面不同,防回弹、过拉延处理,最小压料面设计,凸凹模不等间隙设计等等。精细模面设计的结果,可以极大的减少型面加工,减少钳修,减少试模工时,它的作用非同小可。对比之下,国内的模具设计还停留在结构设计阶段,模具设计的落后造成了制造的落后。

2、板料成型分析技术应用:丰田建立了一个整车身各种典型件的分析结果库。对一个新车型的件,如果成型性没有太大的变化,只是参考原工艺不做分析,只有特殊的新造型才做板料成型分析。丰田的新车要做样车,对造型特殊的件除了做板料成型分析外一般还要做简易模进行验证。

3、模面设计经验积累机制:丰田的设计部门除手工勾画草图以外,设计已全部计算机化,一般设计人员除一台工作站外还有一台笔记本电脑。但,真正创造性的设计还是靠人脑,特别是靠人的经验积累。丰田特别强调经验积累机制:只有集体的经验不能有只属于个人的经验,丰田的模具设计和调试过程,真正做到了是一个闭环制造系统,借助于这种自我完善的经验积累机制,模具的设计越来越精细,越来越准确。

4、间隙图设计,在丰田模面设计实际上是由曲面造型和nc编程两部分共同完成的,为了传达和描述模面设计思想,就产生了除dl图、模具图之外的第三种图---间隙图也叫质量保证图。

5、大规模生产对设计的影响:丰田的生产规模是世界一流的,它在模具设计如何适应大规模生产的要求方面具有丰富的经验。

提高材料利用率:

对于大批量汽车生产来说,提高板料的利用率是模具设计的第一大事。只要把材料利用率提高几个百分点,模具的成本就可乎略不计了。如果一套模具40万人民币,只相当于100吨钢板的价格,以寿命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。

减少冲压工序:

模具设计的趋势是,零件的合并,左右对称件合模,前后顺序件合模等等,原来几个件合成一个件,不同的件合在一套模,模具越来越大,单件工序大大减少,整车模具数量越来越少,这对降低冲压的成本起关键作用。例如:丰田把整车制件的模具系数,由过去的3点几降到2左右。冲压自动化:为适应冲压线完全自动化,模具必须考虑机械手上下料,废料的自动排出,气动、自动和传感装置普遍采用等等。

模具的快速装换:

冲压线的换模时间,也成为一个模具设计必须考虑的问题。如:拉延模完全以单动代替双动,模具自动卡紧,换模不换气顶杆等等。

模具结构的设计和加工:

设计有两种目的:一个是面向设计本身,一个是面向制造。设计者在画图过程中逐步完善自己的设计思路,另一方面,设计要面向制造,以提高生产效率为最终目的。

1、实体设计:模面设计与结构设计的分开:丰田把模具结构设计与模面设计完全分开的,前者是实体设计,后者仍然是曲面设计。在结构设计中模面部分只是示意性的,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设计。

2、实型数控加工:在丰田,实型的生产员工,已完全从手工制作转变到大量的数控编程上来了,现场的简单人工粘接和修整工作,由临时工所充当。实型的数控化生产直接得利于实体设计,而又提高了铸件的精度,为后序的精细加工带来极大的优势。

3、构造面数控加工:模具构造面就是模具型面以外的机加工面,如:导向面、镶块安装面、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。实体设计为模具的构造面数控编程加工带来了可能。丰田通过实体设计真正做到在模具结构上的cad/cam一体化,也只有一体化,取消绘制二维图的束缚,实体设计才显示出的它的价值,两者应该同步发展相宜得彰。

高精度加工:

模面的加工是模具加工的重点,丰田在近年来大力发展高精度模面加工技术,取得了让人耳目一新的成果。

1、型面高精度加工:型面高精度加工主要体现在这样几个方面:提高模面加工精度、提高加工到位程度、实现模面的精细设计。高精度加工除机床精度和刀具的管理外,主要是靠编程技术的改进来实现的;

2、二维刃口的高精度加工:丰田的二维刃口镶块加工,采用在专用的镶块加工流水线上,单块加工成活,加工精度可以达到按销定位装配,合模无须对间隙的程度。

3、高精度加工的效果:丰田通过高精度加工,使模具精度达到了模面的少钳工、无钳工化的目标。丰田的标准计划中,由机加工完成之后到第一次试模之间,只有七个钳工工作日,它基本是钳工装配时间,而没有钳工修磨工时。

模具行业大有向第三世界转移的趋势。通过丰田的发展,我们有了一些新的认识,模具生产越来越依赖高科技,完全可以把人工劳动降到很低,汽车对模具生产的需求最重要的是高质量和短周期,在大规模汽车生产中,模具本身的成本远远不如模具的使用成本更重要。

丰田的技术告诉我们:

好的模具应该是设计出来的;模具也可以流水线生产;高新技术应用是模具制造技术发展的动力;国内汽车模具业与世界先进水平相比还有较大差距,如果我们不努力,这种差距不是缩小,而是会拉大。国内的汽车模具厂家不是很多,但却吃不饱,我们高质量模具的市场被周边国家和地区的模具厂占领了,如果不向世界上最先进的模具技术学习的话,生存会成为大问题。


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