汽車(chē)覆蓋件模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造

2016-09-09 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

隨著汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展,對(duì)于汽車(chē)覆蓋件模具的加工精度要求越來(lái)越高,尤其是中高級(jí)乘用車(chē)對(duì)于外覆蓋件表面曲面精度要求更高,最好能達(dá)到A級(jí)曲面標(biāo)準(zhǔn)。因此,如何提高模具表面加工質(zhì)量、提高沖壓制件精度將成為一個(gè)企業(yè)能否承接高端汽車(chē)模具的重要技術(shù)能力衡量指標(biāo)。質(zhì)量得到控制,周期和成本就會(huì)在可控的范圍內(nèi),這就是覆蓋件模具企業(yè)的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。

汽車(chē)主要載體是白車(chē)身,它由成百上千的內(nèi)外板覆蓋件組合而成。在白車(chē)身的開(kāi)發(fā)流程(圖1)中,模具的開(kāi)發(fā)和制造周期是影響整個(gè)白車(chē)身周期的關(guān)鍵因素,因此,模具制造流程的控制是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)很重要的部分,需要對(duì)每個(gè)流程環(huán)節(jié)進(jìn)行把控,最終使質(zhì)量、制造周期得到保證。

沖壓工藝分析

主機(jī)廠提供產(chǎn)品制件,將制件直接導(dǎo)入分析軟件,成型分析,應(yīng)用AUTOFORM、PAM-STAMP、Dynaform等軟件產(chǎn)生近似壓料面,拉延筋位置線,工藝補(bǔ)充面、輪廓線等。

分析結(jié)束后,將分析后數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD軟件(PowerSHAPE 、UG)重構(gòu)制件沖壓數(shù)模完善工藝補(bǔ)充和回彈預(yù)處理等工作。

該工作是個(gè)反復(fù)的過(guò)程,經(jīng)常需要反復(fù)調(diào)整工藝補(bǔ)充面,能否快速生成和修改工藝補(bǔ)充面是影響該環(huán)節(jié)周期的重要因素,PowerSHAPE擁有完整的工藝補(bǔ)充功能:能快速計(jì)算修邊、翻邊線,快速生成工藝補(bǔ)充面、拉延筋等(圖2),快速模仿變形——整體或局部回彈預(yù)處理(不需要重構(gòu)曲面)。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

完成前端分析后,根據(jù)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),完成拉沿、修邊、翻邊、整形等工序模具設(shè)計(jì)(主要應(yīng)用軟件為UG、PowerSHAPE、CATIA等),PowerSHAPE除前端工藝補(bǔ)充功能外,還提供模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能(圖3)。

加工制造

1 高端模具加工的要求和難點(diǎn)

(1)數(shù)據(jù):加工數(shù)模要求最好是A級(jí)曲面(工藝補(bǔ)充部分可以適當(dāng)放低要求)。

(2)開(kāi)粗方法和效率:最好采用少吃快跑的方式,避免切削力和熱過(guò)大,導(dǎo)致模具應(yīng)力變形,影響最終制件成型效果。

(3)分區(qū)域加工:外板件要求分區(qū)域加工,不允許在關(guān)鍵部位(外板、棱線等)有可見(jiàn)接刀痕跡。

(4)流線型:特殊制件(如機(jī)蓋等)沿制件流線方向加工。

(5)曲面精度:精加工結(jié)束后曲面精度達(dá)到技術(shù)要求,不允許鉗工大面積修模,只允許動(dòng)R角,模具表面光潔度一致。

(6)回彈:預(yù)先考慮回彈變形,做適當(dāng)反變形預(yù)處理。

2 軟件的功能

為解決上述問(wèn)題,除了需要有相應(yīng)的高精度設(shè)備和刀具之外,編程軟件和編程手段能夠起到非常重要的作用。

(1)數(shù)據(jù)處理。

在覆蓋件領(lǐng)域構(gòu)建A類(lèi)曲面是一件非常耗時(shí)的工作,并且目前沒(méi)有任何儀器和手段可以檢測(cè)沖壓制件的曲面是否符合A級(jí)曲面,因此,往往我們把曲面的要求降低,制件部分仍用主機(jī)廠提供模型,工藝補(bǔ)充通過(guò)軟件構(gòu)件完成(沖壓工藝補(bǔ)充可以略高,加工工藝補(bǔ)充可以很低),PowerSHAPE在工藝補(bǔ)充方面有很好的實(shí)現(xiàn)手段。

(2)開(kāi)粗方法和效率。

模具粗加工效率是影響整個(gè)加工過(guò)程效率的重要因素,同時(shí)也是影響質(zhì)量的重要因素,PowerMILL在該方面優(yōu)勢(shì)明顯:

a.專(zhuān)利的高速加工技術(shù):賽車(chē)道加工、擺線加工和修圓技術(shù),提高開(kāi)粗效率,減少刀具磨損;

b.國(guó)際最先進(jìn)技術(shù)Machine DNA:可以測(cè)試出客戶(hù)機(jī)床最佳加工參數(shù)(轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、最小圓弧等),最大限度發(fā)揮客戶(hù)每臺(tái)機(jī)床效率;

c.最優(yōu)化的刀具路徑連接,避免機(jī)床走多余路徑,提高機(jī)床效率。

(3)分區(qū)域加工(圖4、圖5、圖6)。

針對(duì)高端模具,尤其是外板件模具,要求按模具表面特征進(jìn)行分區(qū)域加工,以最大限度保證曲面精度(比如陡峭和平坦分開(kāi)、外板部分和內(nèi)板部分分開(kāi)等),因此要求編程軟件有更多的加工策略來(lái)適應(yīng)不同特征的加工要求,同時(shí)需要能很好地控制和劃分加工區(qū)域,PowerMILL在該方面有很好的表現(xiàn),豐富的加工策略和多樣性的邊界方式。

(4)流線型。

針對(duì)部分外板件,要求模具流線型好,按照造型曲線進(jìn)行走刀加工,這就需要軟件能控制走刀方式和方法,PowerMILL提供參考線方式來(lái)控制走刀路徑,可以獲得任意方向刀具路徑(圖7)。

(5)曲面精度。

通過(guò)傳統(tǒng)軟件提高曲面加工精度方法:

a.縮小程序公差,其缺點(diǎn)為程序計(jì)算速度慢,影響編程效率。

b.減小程序行距,其缺點(diǎn)為程序計(jì)算慢,加工刀路多,加工效率低,刀具費(fèi)用高。

除以上2種方式外,PowerMILL有其獨(dú)特的處理方式——點(diǎn)分布。通過(guò)控制程序數(shù)控點(diǎn)的重新分布,來(lái)實(shí)現(xiàn)曲面精度的進(jìn)一步提高,最大限度地減少模具精加工后表面波紋。

這也是PowerMILL軟件在覆蓋件行業(yè)得到認(rèn)可的重要原因之一,尤其是做外板件,該功能尤為重要,可以提高曲面精度,減少鉗工修模量,同時(shí)也是做高要求產(chǎn)品的必要工具。

(6)回彈。

覆蓋件模具由于鋼板有彈性,在沖壓結(jié)束后都要發(fā)生回彈變形,如何控制回彈是能否得到合格制件的關(guān)鍵,一般情況都是通過(guò)對(duì)已有數(shù)據(jù)模型進(jìn)行預(yù)變形處理,抵消回彈的影響,回彈量的大小跟鋼材材質(zhì)、制件結(jié)構(gòu)等因素相關(guān),很多時(shí)候需要經(jīng)驗(yàn)判斷,得到回彈量后,如何快速修改模型,是影響該工序效率的關(guān)鍵。PowerSHAPE模仿變形可以迅速修改局部曲面,不需要大規(guī)模重建模型。

3 數(shù)字化制造之——自動(dòng)化程編及自動(dòng)化加工

(1)自動(dòng)化程編。

模具程編是一項(xiàng)繁瑣而且反復(fù)的工作,很多人員因?yàn)槿藶樵虺鰡?wèn)題,導(dǎo)致?lián)p失,為避免不必要的加工事故發(fā)生,就必須保證程序的質(zhì)量。為此,就必須要避免過(guò)多的人為干預(yù),越少人工參與,出錯(cuò)機(jī)會(huì)越少,所以,實(shí)現(xiàn)模具自動(dòng)化程編是必不可少的發(fā)展趨勢(shì)。

自動(dòng)化程編是將企業(yè)的工藝經(jīng)驗(yàn)?zāi)鄣揭黄?制定出一套可行的加工方案,并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)程編(所有加工參數(shù)、刀具等自動(dòng)設(shè)置),為企業(yè)打造一套最適合自己的加工方案,提升企業(yè)實(shí)際競(jìng)爭(zhēng)力。

PowerMILL自動(dòng)化程編方案PT-MILL的優(yōu)勢(shì)為:

a.降低程編人員勞動(dòng)強(qiáng)度,至少提高30%程編效率;

b.作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化,實(shí)現(xiàn)管理數(shù)字化;

c.技術(shù)工藝模板定制化,工藝經(jīng)驗(yàn)得到積累和傳承;

d.提升整體企業(yè)水平,使企業(yè)工藝平臺(tái)得到整體提升。

(2)自動(dòng)化加工。

自動(dòng)化加工是建立在先進(jìn)工藝準(zhǔn)備及軟硬件基礎(chǔ)上,采用機(jī)械化、自動(dòng)化技術(shù),結(jié)合自動(dòng)裝置和機(jī)械設(shè)備使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工,同時(shí)使數(shù)控機(jī)床及刀具的銑削過(guò)程在最佳狀態(tài)下自動(dòng)進(jìn)行,即是通常所說(shuō)的“無(wú)人化加工”。

自動(dòng)化加工需求原因?yàn)?人力成本急劇增長(zhǎng);設(shè)備利用率有待提高;如何避免野蠻操作帶來(lái)的設(shè)備和刀具壽命短的問(wèn)題;如何盡量避免工人誤操作造成故障;如何降低企業(yè)對(duì)工人技能的依賴(lài)性。

PowerMILL自動(dòng)化加工方案PT-MILL優(yōu)勢(shì):

a.型面加工程序自動(dòng)安全連接、自動(dòng)換刀,人工不干預(yù);傳統(tǒng)方式以工人手動(dòng)調(diào)用每條加工程序,換刀具,中間過(guò)程機(jī)床一直處于停滯狀態(tài),不能發(fā)揮效率。

PT-MILL自動(dòng)化加工方式為將所有需要用于加工的程序通過(guò)特殊后置串聯(lián)在一起,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)用程序,自動(dòng)換刀,過(guò)程中工人不干預(yù)。提高設(shè)備利用率,降低人為操作帶來(lái)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn),一人可操作多臺(tái)設(shè)備。

b.根據(jù)刀片壽命自動(dòng)分割程序換刀。

加工刀具刀片壽命一般是4~6h不等,但是程序時(shí)間往往是大于刀片壽命(也就是中間要換刀片),這就需要人為控制。

傳統(tǒng)方式為工人自己控制刀片加工時(shí)間,覺(jué)得時(shí)間差不多了就停機(jī)換刀片。不能準(zhǔn)確判斷刀片使用時(shí)間(尤其是晚班),有時(shí)提早換了(浪費(fèi)刀片),有時(shí)晚?yè)Q了(刀片磨損嚴(yán)重,影響表面加工質(zhì)量),同時(shí),換刀后不能與前面刀路重疊,影響接刀效果。

PT-MILL自動(dòng)化加工方式為根據(jù)客戶(hù)提供不同刀具壽命參數(shù),軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)按刀具壽命分割程序,并將分割后程序做部分重疊,通過(guò)特殊后置整體輸出,得到自動(dòng)化加工程序(自動(dòng)換刀)。能夠準(zhǔn)確控制刀片使用壽命,保證曲面加工精度要求;避免人工誤操作,從而降低刀具成本。實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化加工,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工人工作效率(一個(gè)人可以管理2~3臺(tái)設(shè)備)。

c.等高清根。

型面清根刀具往往很小,容易斷刀,而且加工過(guò)程中余量不均,載荷不穩(wěn)定,加工效率很難提高,是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工的難題。

傳統(tǒng)方式為工人通過(guò)機(jī)床手動(dòng)控制程序進(jìn)給速度。加工效率低,刀具磨損快,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

PT-MILL自動(dòng)化加工方式為軟件按刀具切削參數(shù)和余量大小自動(dòng)將程序生成多刀程序(大余量處分層切削),最大限度保證刀具切削力穩(wěn)定,機(jī)床載荷穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)人工不干預(yù)。降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,有更多時(shí)間干其他工作;保護(hù)刀具,減少刀具損壞;實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工,提高機(jī)床利用率。

質(zhì)量檢測(cè)

模具制造過(guò)程中,不同階段和工序都要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),以保障最終得到合格的模具產(chǎn)品,這期間需要不停地搬運(yùn)模具在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)室和機(jī)床之間,耗費(fèi)很多時(shí)間和人力,影響生產(chǎn)效率。為此,我們需要過(guò)程控制,加工結(jié)束后在機(jī)床上就能知道該產(chǎn)品是否可以進(jìn)行下一工序。

(1)模具加工中需要檢查確認(rèn)的部位。

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸檢查——導(dǎo)板安裝面/倒滑面、導(dǎo)柱孔位置; 輪廓類(lèi)——修邊輪廓、翻邊輪廓等; 型面——主要是側(cè)壁。

(2)在機(jī)檢測(cè)解決方案(OMV)。

OMV是一個(gè)可在數(shù)控加工機(jī)床上實(shí)現(xiàn)自由曲面和幾何實(shí)體自動(dòng)檢測(cè)的解決方案。

需求原因?yàn)槟＞叻敌蘼矢?需要加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制。

由于不能及時(shí)在數(shù)控工序結(jié)束后對(duì)模具進(jìn)行檢查,在機(jī)床上不能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,需要在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或者調(diào)試階段才能發(fā)現(xiàn),所以導(dǎo)致模具經(jīng)常因加工問(wèn)題返回?cái)?shù)控機(jī)床再次加工,帶來(lái)很多不便。

a.返修時(shí)需要重新裝夾找正模具,浪費(fèi)大量時(shí)間和占用機(jī)床。

b.返修找正后,很難達(dá)到原始加工精度,肯定存在找正誤差。

以型面加工中深腔區(qū)域或陡壁區(qū)域(紅色區(qū)域)為例,由于深腔和陡峭區(qū)域需要長(zhǎng)刀具(在機(jī)床不能擺角的情況下),刀具剛性問(wèn)題,肯定會(huì)存在加工不到位,返修率超過(guò)30%(圖8)。

(3)OMV方案在質(zhì)量控制和周期控制方面的優(yōu)勢(shì)。

OMV可以省掉那些費(fèi)時(shí)費(fèi)力的裝夾和搬運(yùn)過(guò)程和不斷重復(fù)檢測(cè)和加工的過(guò)程, 因此它可以解決工件的加工過(guò)程質(zhì)量控制問(wèn)題,如增加了把產(chǎn)品交付給質(zhì)檢部門(mén)前的信心;可以決定是否進(jìn)行下一工序 ;提高了現(xiàn)有設(shè)備產(chǎn)生的回報(bào)率;提高了生產(chǎn)效率 ,縮短模具制造周期;節(jié)省了成本;同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)模具加工水平提升的重要環(huán)節(jié)(比如做外單)。

結(jié)束語(yǔ)

隨著模具工業(yè)的不斷發(fā)展,模具向大型化、復(fù)雜化、數(shù)字化不斷地發(fā)展,對(duì)于加工的要求也越來(lái)越高,需要我們對(duì)設(shè)備、刀具、材料、編程軟件等因素不斷進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)技術(shù)的需求和發(fā)展。