中國(guó)汽車模具技術(shù)發(fā)展綜述
衡量一個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力冰木,要從汽車自主開發(fā)、制造的水平及能力等方面綜合考慮坟岔。對(duì)當(dāng)前中國(guó)汽車模具技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析搔扁,找出發(fā)展的具體方向,對(duì)提高中國(guó)汽車工業(yè)整體水平十分重要。
汽車工業(yè)迅猛的發(fā)展,使中國(guó)在2003年汽車的產(chǎn)量突破440萬輛,成為世界汽車生產(chǎn)的第四大國(guó)纤票,并迅速向第三大國(guó)的目標(biāo)進(jìn)軍。但衡量一個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力旦良,不能光從汽車生產(chǎn)的數(shù)量來看盛惩,更要從汽車自主開發(fā)、制造的水平及能力等方面綜合考慮鹃唯。汽車生產(chǎn)中90%以上的零部件都要依靠模具成形爱榕,可以說,汽車模具技術(shù)是汽車制造業(yè)重要的工藝基礎(chǔ)坡慌,是與世界汽車制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的根本條件黔酥。目前中國(guó)汽車模具技術(shù)水平和能力雖然經(jīng)過十幾年發(fā)展,進(jìn)步很快洪橘,但在世界汽車制造業(yè)中仍處于中低水平跪者。對(duì)當(dāng)前中國(guó)汽車模具技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,找出發(fā)展的具體方向熄求,對(duì)提高中國(guó)汽車工業(yè)整體水平十分重要渣玲。
汽車模具技術(shù)發(fā)展滯后
中國(guó)汽車模具技術(shù)水平和制造能力與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比,在設(shè)計(jì)弟晚、管理忘衍、制造、軟件和硬件等全方位存在很大的差距卿城,如:
1. 中國(guó)汽車模具CAD技術(shù)實(shí)際運(yùn)用相當(dāng)普遍枚钓,CAM技術(shù)引進(jìn)大量數(shù)控加工設(shè)備也能進(jìn)行馅块。關(guān)鍵是在模具制造運(yùn)用有限之模擬分析軟件為代表的CAE技術(shù),國(guó)外應(yīng)用已有30年歷史喳卫,而在中國(guó)汽車模具行業(yè)應(yīng)用中吨争,即不普遍又不深化,大多還是憑經(jīng)驗(yàn)來完成硫红。要把CAD技術(shù)绊蚯、CAE技術(shù)和CAM技術(shù)有機(jī)結(jié)合,全面協(xié)調(diào)運(yùn)用更是困難重重综姜。
2. 中國(guó)汽車模具材料與汽車生產(chǎn)數(shù)量發(fā)展的速度相比是不相適應(yīng)的祈兼。汽車模具材料的品種、質(zhì)量羡逃、尺寸、性能和規(guī)格難以滿足中國(guó)和世界汽車生產(chǎn)廠商的需要狡舞。
3. 常規(guī)和傳統(tǒng)熱處理工藝是造成中國(guó)汽車模具技術(shù)長(zhǎng)期難以提高的主要原因硬白,以至汽車模具的材料表面硬度、材料硬化層深度骇另、表面金相組織統(tǒng)一和穩(wěn)定性畴栖、硬度層分布的穩(wěn)定性和殘余應(yīng)力分布等狀況難以達(dá)到理想的要求。
4. 目前中國(guó)還大量使用汽車模具傳統(tǒng)的制造技術(shù)八千,存在三大缺點(diǎn)吗讶,一是精度差,二是效率低(加工周期長(zhǎng))恋捆,三是勞動(dòng)力成本高照皆。
汽車模具技術(shù)發(fā)展方向
2003年,中國(guó)模具總產(chǎn)值超過450億元人民幣沸停,各類模具進(jìn)口近13.7億美元膜毁,而目前國(guó)內(nèi)自產(chǎn)模具用于汽車生產(chǎn)的不足30%(在汽車工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家,模具用于汽車生產(chǎn)的占50%-60%)愤钾,絕大多數(shù)的中高檔汽車模具依賴進(jìn)口瘟滨,尤其是轎車外覆蓋件模具80%靠進(jìn)口。汽車模具技術(shù)發(fā)展的滯后嚴(yán)重影響了中國(guó)汽車工業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力能颁,需要全方位的發(fā)展和提高杂瘸,這任務(wù)十分艱巨,需要中國(guó)汽車模具行業(yè)付出長(zhǎng)期艱辛的勞動(dòng)伙菊。目前有如下幾方面工作要做:
全面使用汽車模具CAD/CAE/CAM技術(shù)管理生產(chǎn)運(yùn)行
汽車模具設(shè)計(jì)和制造的核心技術(shù)是沖壓工藝技術(shù)(工序設(shè)計(jì)成型面設(shè)計(jì)败玉、修沖刃口設(shè)計(jì)等)的CAE模具。把CAE技術(shù)應(yīng)用于沖壓工藝設(shè)計(jì)的塑性變形理論纷沽、板料技術(shù)上智础,試模工作量可減少50%以上,模具質(zhì)量會(huì)大大提高。目前CAE商業(yè)軟件在世界上大力發(fā)展和應(yīng)用助安。
CAE技術(shù)對(duì)板料成型分析都非常專業(yè)和實(shí)用辰诱,可以大大提高模具制造質(zhì)量,縮短調(diào)試周期莽裤,一次成功率(95%以上的準(zhǔn)確率)會(huì)大大提高拱缆。對(duì)于全面實(shí)行無圖化生產(chǎn),實(shí)行數(shù)字加工和全數(shù)控加工有很大意義店烛。國(guó)內(nèi)如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了板料沖壓成形與模具設(shè)計(jì)快速分析軟件 Fast AMP谢奕。
Cimatron E 5.1 的MouldDesign是基于三維實(shí)體參數(shù)的解決方案,實(shí)現(xiàn)了三維模具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化辱甫,能自動(dòng)完成所有的單個(gè)零件遍送、已裝配產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)和裝配店诗;完善了五軸銑削加工的功能裹刮,其中包括五軸聯(lián)動(dòng)銑削、側(cè)刃銑削庞瘸、深腔銑削等捧弃;并增加了刀具夾頭干涉檢查功能,即使刀具在較短擦囊、切削速率較高的情況下也能完成加工的任務(wù)违霞。因此全面實(shí)行汽車模具的 CAD/CAE/CAM有機(jī)結(jié)合和應(yīng)用,會(huì)使中國(guó)汽車模具技術(shù)飛速發(fā)展瞬场。
全面提高汽車模具材料
模具材料的性能與熱處理工藝將直接決定了模具的壽命买鸽,模具壽命和使用效果將影響到制造業(yè)的生產(chǎn)成本與產(chǎn)品升級(jí)。現(xiàn)代汽車制造對(duì)模具鋼的拋光程度贯被、加工后熱處理穩(wěn)定性癞谒、使用壽命等要求極高。目前模具制造用的冷作模具鋼刃榨、熱作通用型模具鋼弹砚、塑料模具鋼主要應(yīng)用情況如下:
冷作模具鋼
中國(guó)冷作模具鋼用于生產(chǎn)沖壓模具材料有Cr12、Cr12MoV寺斟、T10A虫棚、CrWMn、9SiCr溪胖、9Mn2V黔琢、GCr15、60Si2Mn和 W18Cr4V等肤不。在Cr12MoV中鋁釩含量低寻癌,綜合性能差(耐磨性和韌性)易形成網(wǎng)狀碳化物薇榨。碳化物偏析較嚴(yán)重,使用中容易崩刀和開裂绪封,熱處理要求高魏颠,模具成型加工有一定難度。美國(guó)历扭、日本软苗、法國(guó)、瑞典等國(guó)家開發(fā)高質(zhì)量的D2冷作模具合金鋼棺氢,這冷作模具鋼系列有:SHD11(D2)心爷、XW~42(D2)、FT32(D)以及A2肃续、01黍檩、W1等鋼種,而這些高質(zhì)量鋼種基本覆蓋了所有冷作模具鋼用材始锚。
熱作通用型模具鋼
熱作通用型模具鋼只用于生產(chǎn)壓鑄模(鋁合金刽酱、鋅合金、鎂合金)的熱壓鑄模材料疼蛾。中國(guó)作為熱作通用型模具鋼材只有兩個(gè)鋼號(hào),熱適應(yīng)性差艺配。而國(guó)外除了有六個(gè)通用型鋼種外察郁,還發(fā)展了DR090系的YHD3、H26等转唉,瑞典還開發(fā)抗回火穩(wěn)定性和韌性QR0905鋼皮钠,日本開發(fā)適應(yīng)鋼的高溫力學(xué)性能的DH12鋼,適用于做大批量生產(chǎn)的鋁合金壓鑄模赠法、鋅合金壓鑄模和鎂合金壓鑄模等麦轰,使用熱作通用型模具鋼材料的壓鑄模的質(zhì)量和壽命大大提高。
塑料模具鋼
中國(guó)塑料模具鋼標(biāo)準(zhǔn)鋼只有一個(gè)鋼號(hào)(其他屬于不定型材料)猴宾,而美國(guó)則有七個(gè)鋼號(hào)潘吸,形成完整用鋼系列。日本塑料模具鋼已占模具鋼產(chǎn)量首位漆埋,主要品種有非合金塑料模具鋼卤撬,預(yù)硬型、鏡面型您窒、耐腐蝕型柄楼、無磁型、高溫玻璃型等不同需求的塑料模具鋼翻萨。
提高汽車模具熱處理水平
國(guó)外已采用如下表面處理和強(qiáng)化技術(shù)的工藝翅陪,值得中國(guó)的學(xué)習(xí)和推廣運(yùn)用退钱。
多元素共滲處理
中國(guó)傳統(tǒng)用單一元素滲入處理,而國(guó)外轉(zhuǎn)向多元素共滲钠台、復(fù)合滲(如TD法)熱處理欠诊,由一般的擴(kuò)散向CVD、PVD抛冗、PCVD切省、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展帕胆。
激光表面處理
用激光進(jìn)行表面重熔和表面合金化朝捆,可獲得高性能的表面硬度層,使使用壽命提高10倍左右懒豹。激光熔凝處理是利用高能量密度的激光對(duì)金屬表面熔觸和激冷處理芙盘,使金屬表層形成一層液態(tài)金屬的激冷組織,可抑制結(jié)晶過程而形成非晶態(tài)脸秽,故也稱為激光熔化――非晶態(tài)處理儒老,又稱激光上釉。
稀土元素表面強(qiáng)化和化學(xué)鍍
用稀土碳共滲记餐,用稀土碳氮共滲驮樊,稀土硼共滲,稀土硼鋁共滲進(jìn)行表面強(qiáng)化處理片酝,可使處理時(shí)間縮短1/3以上囚衔,滲透提高30%左右,可改變鋼的表層結(jié)構(gòu)雕沿、物理化學(xué)和機(jī)械性能练湿。用通過化學(xué)試劑將溶液中的Ni、P荡西、B等還原析出金屬的表面上從而在金屬表面獲得Ni-P谴疾、Ni-B等合金鍍層,以提高金屬抗拭性能舵翘、耐腐蝕性的工藝性昭怕,又被稱為自催化還原電鍍,無電鍍服驼。
納米表面處理
在傳統(tǒng)的電鍍液中加入零維或一維納米質(zhì)點(diǎn)粉材料磺则,而形成納米復(fù)合鍍層。納米表面處理是以低非平衡材料為基礎(chǔ)附扭,通過特定加工牧俩,對(duì)固體表面進(jìn)行強(qiáng)化式賦予表面新功能的一項(xiàng)技術(shù),可使模具在高溫下抗氧化性能和鍍層的耐腐蝕性提高叔寓,耐磨性和硬度妨迈、強(qiáng)度度姑、韌性、熱障呈枉、抗疲勞等方面有顯著改善趁尼,是提高汽車模具質(zhì)量的一種重要有效方法。
提高汽車模具制造的技術(shù)
目前在模具成形工藝方面猖辫,主要有沖壓模具功能復(fù)合化酥泞、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)啃憎、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)芝囤、高壓注射成形技術(shù)等。在模具加工先進(jìn)技術(shù)方面主要有:
數(shù)字化高速高精度加工
隨著數(shù)字化制造技術(shù)和數(shù)字化自動(dòng)加工發(fā)展辛萍,國(guó)外汽車模具實(shí)現(xiàn)了流水線的粗加工悯姊,半精加工和精加工聯(lián)合作業(yè),為了提高精度和生產(chǎn)效率贩毕,高速切削(8000-10000r/min的加工)已成為模具加工的必須工藝悯许。目前,精密模具已普遍達(dá)到了1.0-3.0μm的精度辉阶,加工表面粗糙度Ra=0.l-0.2μm先壕。
在數(shù)字化高速高精度加工時(shí),注意采用耐用退旅、重心低的機(jī)床結(jié)構(gòu)熊赦,鑄件為龍門高剛度結(jié)構(gòu),多軸聯(lián)動(dòng)暮诫,各運(yùn)動(dòng)軸要有相等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量诵城;可采用對(duì)稱滾珠絲桿和精密直線導(dǎo)軌绪忙,采用空氣靜壓軸承的高速電動(dòng)主軸参唆,用光柵尺作為測(cè)量系統(tǒng),確保高動(dòng)態(tài)下的精度肘渔;高精度的對(duì)刀系統(tǒng)和堅(jiān)固同心夾具和刀具(陶瓷刀具等)躯殷,自動(dòng)測(cè)量刀具和工作行程并自動(dòng)補(bǔ)償,徹底消除人為誤差和操作誤差繁莲,并帶有全封閉的防護(hù)裝置独府;高速準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng),直線電機(jī)拢胆,主軸采用陶瓷軸承婆沟。
電火花加工、激光電焊和三維腔精密成形
電火花加工猛计,用高速旋轉(zhuǎn)的筒單管狀電極作二維唠摹、三維加工爆捞,效率快精度高,如:Agie progress 2線切割機(jī)床綜合了找正勾拉、編輯非加工時(shí)間的優(yōu)化等因素煮甥,一次切割就可以使工件達(dá)到Ra=0.8μm的表面光潔度,節(jié)約一半的時(shí)間和成本藕赞;在絕大多數(shù)的切割高度時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)電極絲都可以達(dá)到350-500mm2/min的切割速度成肘;采用R模塊時(shí)的表面粗糙度可達(dá)0.2μm;使用動(dòng)態(tài)拐角控制斧蜕,在超過400mm2/min的加工速度下獲得精確的拐角和半徑双霍。
激光電焊不會(huì)引起金相組織變化和性能改變,不會(huì)產(chǎn)生模具翹曲惩激、變形和開裂店煞。三維型精密加工綜合三個(gè)主要工藝,深層刻蝕风钻,電鑄和復(fù)制技術(shù)顷蟀,提高模具型腔表面的硬度和耐磨性。
提高模具一次制造成功率
隨著模具加工的程序化缎选,機(jī)床加工的中心化展管,少人無人加工,可以最大限度降低人力的成本和人為錯(cuò)誤否胜,并可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)瓣老,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,提高機(jī)械加工的水平忽愧,重要表現(xiàn)就是鉗工盡可能做到只裝不配和少修崇已,提高模具一次制造成功率。國(guó)外模具企業(yè)提出消滅鉗工的口號(hào)脑苫,從某種意義上來說是個(gè)方向贱起,這是應(yīng)用CAE技術(shù),實(shí)現(xiàn)模具一次調(diào)試成功的根本原因舱踊,可以將汽車模具制造提高到一個(gè)新的水平迫扫。
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