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恒运平台登录:丰田模具:淘汰适者,好的模具

    Time: 2019-03-14来源:admin

在过去的十年里,我研究和视察了日本的许多模具厂,累积的时间超过了6年。 月份。。 经过比较,我们发现丰田的模具技术在日本模具厂也非常出色,在能力、效率和技术方面都值得世界领先水平。。

通过对丰田的了解,我们可以看到世界汽车模具制造技术正朝着这些方向发展:计算机前的操作逐渐取代现场操作,高精度加工取代了人类的人工劳动,模具设计和制造高度标准化,单件生产模式正在向装配线生产模式发展,等等。。 根据我国的模具制造情况,丰田在以下几个方面与我们大不相同,值得我们学习。。

1。 精密模具表面设计

我们常说的模具设计实际上分为三部分:冲压工艺设计、模具表面设计和结构设计。。 这三种设计的内容和重点完全不同。 丰田的工作流程是首先设计冲压工艺,然后指导模具表面设计和模具结构设计,这两项工作由不同的人完成,专业分工明确。。 传统冲压工艺设计采用工艺图或dl图,其模具表面设计非常粗糙。 由这些图纸指导的过程建模必须手动完成,并由以下顺序的制造过程补充,导致大量的手动夹具修复和模具制造的延长周期。。

丰田在设计阶段通过计算机表面建模完成了模具表面的精细设计。。 例如,各种拉延筋被设计用于不同进给速度,同一组模具不同部分的拉延筋截面不同,防止回弹,过度拉延处理,最小材料压制表面设计,凸模和凹模的不等间隙设计等。。 由于精细的模具表面设计,它可以大大减少模具表面的加工、夹具修理和测试工作时间。 它的作用非常重要。。

相比之下,国内模具设计仍处于结构设计阶段,模具表面设计也没有受到太多关注。 模具表面实际上是后天完成的。 逆向模具设计导致逆向制造并不奇怪。

2。 板料成形分析技术的应用

丰田开始使用有限元方法来模拟钣金成形分析5。- 6年前。 使用的主要解决方案软件是dyna 3。美国国防部。 他们花了将近三年时间才达到实际水平。。 目前,丰田已经建立了一个汽车车身各种典型零件的分析结果数据库。。 如果新模型的可成形性变化不太大,则仅参考原始工艺,不进行分析,而仅使用特殊的新模型进行钣金成形分析。。 丰田的新车需要是样车。 除了钣金成形分析,特殊形状的零件通常需要用简单的模具进行验证。。 因此,丰田人认为金属板成型分析目前不是一件必要和简单的事情,无论从周期还是成本来看,它都有很大的成本。。

在我看来,丰田已经开发了大量的车型,在车型和许多类似零件之间几乎没有变化,并且积累了丰富的人类经验。 金属板成形分析没有太大的范围。 这是建立分析结果数据库的好方法(日本富士模具公司。有限公司。 做同样的事情)。回顾中国的现状,一方面,模具工厂的专业分工很低,会遇到各种各样的零件。很难有现成的经验。似乎更需要钣金成形技术。另一方面,技术水平低,支撑环境差(例如,很难掌握金属板的参数、摩擦系数等)。),所以模具厂也很难实现实际应用(不包括没有效果和成本的研究)。即使成立了专业的分析公司,考虑到用户数量、周期、价格等因素,恐怕也会太高,太少。目前,这项技术在中国的实际应用效果还很难得出结论。

3。 模具表面设计中经验积累的机理

丰田的设计部门已经将除了手工素描以外的所有设计电脑化了,普通设计师除了工作站之外还有一台笔记本电脑。然而,真正的创造性设计取决于人脑,尤其是人类经验的积累。丰田公司特别强调经验积累机制:只有集体经验不能拥有只属于个人的经验,例如:数据的统一管理、草图设计的集体讨论、图纸的多部门集体审查以及设计标准和规范的频繁修订等。

经验积累机制是丰田不断改进模具表面精细设计的主要手段。例如,在模具加工后,一般的模具表面不需要一起研磨,切削刃不需要与间隙对齐,装配工只负责安装,并且在初始模具测试期间不能随意调整模具。模具测试期间,模具表面的设计者在场,需要记录初始模具测试的缺陷。最终的剩余结果,如拉延筋、拉延圆角的变化、对称零件的不对称等。,也需要现场测量。这些数据的积累、整理、分析和归档都是模具表面设计方面积累的经验,并将随时添加到下一次设计中。

丰田的模具设计和调试过程实际上是一个闭环制造系统。借助这种自我改进的经验积累机制,模具设计变得越来越精确。

4。 间隙图设计

在丰田,模具表面设计实际上是由表面建模和数控编程两部分完成的。为了传达和描述模具表面设计思想,除了dl图和模具图-间隙图之外,第三种图也称为质量保证图。

我以前从未见过差距图,这可能是丰田创造的。模具的设计不仅仅是设计机器,而是完成某些动作(这只能称为结构设计)。模具设计的最终目的是确保其压制的产品是合格的和高质量的。间隙图是专门为确保产品质量而设计的图。质量保证图主要包括以下项目:模具的实际图案面积、每个图案面积的间隙值、工艺所需模具表面的变化、拉伸圆角的变化、各种模具表面的镂空等。任何不能通过曲面建模实现的曲面设计都是通过间隙图的传输和数控编程实现的。数控编程不再仅仅是在这里实现模具结构的加工,而是实际参与表面设计。因此,间隙图的应用也是精细模具表面设计的必要条件。

5。 如何适应大规模生产的要求

提高材料利用率: 对于大规模汽车生产来说,提高金属板的利用率是模具设计的首要任务。只要材料利用率提高几个百分点,模具的成本就可以忽略不计。如果一套模具是40万元人民币,按50万件使用寿命计算,只相当于100吨钢板的价格,每件节省0。平均5 %。2公斤钢板足以节省这套模具的成本。

减少冲压工序: 模具设计的趋势是零件组合、左右对称零件闭合、前后顺序零件闭合等。最初的几个零件被组合成一个零件,不同的零件被组合成一套模具。模具越来越大,单件工艺大大减少,整个汽车的模具数量越来越少,这对降低冲压成本起着关键作用。例如,丰田将整车的模具系数从过去的3 : 00降低到了2 : 00左右。

冲压自动化:恒运平台平台 为了适应冲压线的完全自动化,模具必须考虑机械手的装卸、废料的自动排放、气动、自动和传感装置的普遍使用等。

快速组装和更换模具: 冲压线换模时间也成为模具设计中必须考虑的问题。例如,拉伸模完全是单作用而不是双作用的,模具自动夹紧,更换模具时顶杆不通风等。

6。 模具结构的设计与加工

该设计有两个目的: 一个面向设计,另一个面向制造。在绘画过程中,设计师逐渐改进他们的设计思想。当绘图完成时,他们也清楚地知道。因此,设计者必须首先方便地看到图纸,并使设计工作高效。另一方面,设计应该面向制造,最终目标是提高生产效率。

我们应该认识到不同的生产过程决定了图纸的表达形式。传统的模具装配图加上零件图的形式适用于非框架结构的模具生产。采用大规模数控铣削后,模具装配图变得更好。在cad设计完全应用后,如果生产模式没有改变,那么二维设计和总布局设计也不会改变,只有画板会被屏幕和键盘取代。在19.9 7。,我公司曾将二维设计改为三维立体设计,但效果不好,设计效率降低,生产效益也不大。

丰田为我们提供了cad三维实体设计和制造密切合作的相对成功的经验。

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结构设计

丰田的模具设计都采用了三维实体设计,应用软件是enginner。

模具表面设计和结构设计的分离; 丰田将模具结构设计与模具表面设计完全分开。前者是实体设计,而后者仍然是曲面设计。在结构设计中,模具表面部分只是示意性的,可以用于实际的模具加工,而不是模具加工。这种分工大大简化了模具的实体设计,这种简化对于三维实体设计的成败非常重要。

取消2D绘图: 尺寸标注约占绘图工作量的40 %。丰田没有绘制传统的二维图纸,因此完全节省了这部分工作量。相反,根据每个过程的需要,给出了必要的三维草图和具有必要尺寸的平面草图。如果我们从三维设计开始,最终得到二维地图的结果,将三维实体转换成符合人们看地图习惯的二维地图将非常耗时费力,设计的实体将变得毫无价值,这显然违背了实体设计的初衷。丰田的成功在于它没有这么做。

积木和编辑设计: 三维实体设计采用积木式设计,依靠三维标准件和典型结构库,大大规范了模具结构,将二维图纸概念转化为三维布局。与此同时,大量类似的模具结构被借用,通过简单的编辑和修改,新的模具设计已经完成。对于设计师来说,这是一场概念上的革命。如果我们仍然坚持旧的规则,首先制定一个身体再生计划,三维设计的优势将成为负担,效率将会太低。

干扰检查: 在二维设计中,设计师通常不会真正建立三维模具图像。对于复杂的空间问题,只能使用横截面图。一旦经验不足,考虑不足,空间干扰就不可避免。三维实体设计最直接的优点是非常直观和方便的干涉检查,甚至可以进行运动干涉分析。过去,在实体设计之前,二维地图设计中的一个长期问题很容易解决。

实体设计中的简化; 物理设计直接面向制造,其设计的复杂性和简单性取决于加工需求,完全不考虑人们看图片的习惯。例如,对于铸件的倒角,凹角由刀具完成,而凸角由人工完成,因此在设计中不需要这样做。 另一个例子是:标准零件,完全是购买的零件,也可以在设计中变成简单的几何图形,等等。仍然有许多设计工作,实际上是通过以下技术规范完成的,如螺孔位置、插入件形状等。针对加工需求的设计是最经济的设计。

半自动设计: 在坚实的设计基础上,丰田为一些典型的高度标准化的模具开发了具有一定功能的辅助程序,如拉伸模,以实现半自动设计。例如,拉伸模的结构设计通常交给新手和女雇员,设计一套模具需要不到一周的时间。

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真正的数控加工

固体设计的第一个用途是铸造泡沫固体形式完全通过数控加工。丰田的实心模具由整块矩形泡沫塑料进行数字控制。通过实体模型( e。g。加工表面的加工余量、模型分层编辑等。),然后通过数控编程、泡沫坯料下料、数控加工、手工粘合和修整等几个过程。在丰田,实际生产人员已经完全从手工生产转变为大量数控编程。临时工负责现场简单的手工粘合和修剪工作。实体模具的数控生产直接有利于实体设计,提高铸件的精度,这为后续工序的精细加工带来了极大的优势。

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结构表面的数控加工

模具构造表面是除模具表面之外的加工表面,例如导向表面、嵌件安装表面、螺孔、其它待加工表面等。这些都是丰田通过编程和数控生产的。实体设计使得数字控制和编程模具的结构表面成为可能。对结构面的加工编程可以大大提高加工效率,减少现场人工操作误差,提高加工自动化程度。当然,为了实现这一点,除了物理设计,还需要做很多工作,例如自动刀具设置、刀具管理、加工参数、编程经验等等。在这方面,我们与丰田的差距更大。没有这些基础,就不可能对结构表面进行编程和加工。

丰田通过实体设计真正实现了模具结构中cad/cam的集成,只有通过集成和解除绘制二维地图的限制,实体设计才能显示其价值。两者应同时适当发展。这是丰田给我们的经验。

7。 大力发展高精度模具表面加工技术

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轮廓的高精度加工

模具表面的高精度加工主要体现在以下几个方面:提高模具表面的加工精度,提高原位加工的程度,实现模具表面的精细设计。除了机床精度和刀具管理之外,高精度加工主要通过编程技术的改进来实现。

加工方法包括轮廓加工、最大长度前向进给加工和精加工进给迁移密度为0。3毫米,同时将垂直刀改为30度高速加工方法等。,以提高加工精度。

同时,为了实现模具表面的精细加工,凹角根部清理、凸圆角处理、模具匹配控制的不等间距间隙和轮廓的最大可能减小都应该在适当的位置进行处理。

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二维切削刃的高精度加工

丰田的二维切削刃镶块加工是在特殊的镶块加工装配线上进行的,并且单个镶块被成功加工,因此加工精度可以达到按销定位和装配的水平,并且模具夹紧不需要间隙。当二维切削刃被整体加工时,还采用在线测量方法来确保凸模和凹模的夹紧间隙。二维切削刃的高精度的最大优点是确保工件的去毛刺毛刺能够得到很好的控制。

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高精度加工的效果

丰田已经通过高精度加工实现了模具表面少适者和无适者的目标。根据丰田的标准计划,从加工完成到第一次模具测试之间,只有七个钳工工作日。这基本上是钳工装配时间,但没有钳工修理和打磨时间。在丰田,一旦模具被加工,基本上不需要修理圆角,不需要打开缺口,不需要清理根部,不需要研磨切削刃,甚至不需要去除工具痕迹,也不需要研磨拉伸模的轮廓。唯一的夹具修复是使用油石研磨拉伸凸圆角和压制拉伸表面。此外,对于第一次试验,不需要修理的试验受压零件的合格率高于8.0 %。如果用自己的眼睛看并不令人难以置信,这就是精细表面设计和高精度加工的力量。

8。 其他技术

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模具材料

丰田的拉伸模材料主要使用球墨铸铁,而不是目前在中国流行的合金铸铁。球墨铸铁具有理想的可焊性、可加工性、耐磨性和表面硬化硬度,但其成本远低于合金铸铁。对于切边材料,选择型材插入件而不是合格类型的铸钢,主要是因为铸钢的成本要高得多。最值得注意的是,丰田公司现在采用了大量特殊的铸铁材料作为切边模具,这大大降低了模具的加工成本。请注意,这里的切割刃既不是堆焊,也不是钢。铸铁整体切削刃仅通过表面火焰淬火,直接用于修整使用寿命数十万年的板材模具。此外,这种铸造的成本并不高。

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表面处理

丰田绘图模型的表面处理需要更高的电镀,而其他模具、翻边和修边刀片基本上是用火焰淬火的。目前,日本还没有采用离子氮化技术。丰田人表示,试用也有一些考虑。对于厚板材料使用寿命较长的尖端材料,丰田采用拥有自己专利的特殊钢材,这些钢材也经过火焰淬火。然而,丰田公司没有采用先加工成型后整体淬火的方法,因为淬火引起的变形只能人工修复。

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模具生产中的检验

模具是单件生产的,因此很难保证质量。国内大多数模具厂都配备了大量的专职工艺质量检验人员,这严重影响了生产效率,但质量控制效果并不好。丰田是如何做到的?

过程检查: 丰田人认为产品质量是源头。设计、技术、编程、机床和刀具是质量的真正保证。质量是生产出来的,而不是检验出来的。因此,模具序列之间没有全职检验,只有自检和互检,质量控制取决于每个生产商。

轮廓检查: 模具表面基本上没有被测量和检查。大量的表面检查,如拉延圆角的测量、拉延筋的校正和曲面的光滑度,主要是为了积累模具表面设计的经验,而不是检查模具质量是否合格。

零件检验: 丰田公司的产品零件检测主要依靠三维测量机的自动数字检测,但他们也制造检测工具,这些工具仅作为产品零件的定位支撑。因此,检查工具具有简单的结构,并且不具有强制夹紧装置。他们的产品检验几乎处于自由状态,这是对产品一致性的非常严格的要求。

9。 技术发展趋势

几年前,我们看到发达国家的汽车模具行业似乎正在萎缩。当时,人们认为模具生产离不开人工。发达国家有高工资成本等因素,没有人愿意做这项工作。模具行业有向第三世界转移的巨大趋势。通过丰田的发展,我们获得了一些新的认识,即模具生产越来越依赖高科技,可以将人工劳动完全减少到非常低的水平。汽车模具生产的最重要要求是高质量和短周期。在大规模汽车生产中,模具本身的成本远不如模具使用的成本重要。

从这个角度来看,目前我们的模具生产没有任何优势,这种产业转移不会成为一种趋势。在过去的十年左右,我们通过引进硬件技术获得的技术进步并没有弥补人们更努力追求技术进步带来的新差距。换句话说,如果汽车模具行业真的走向第三世界,那一定是夕阳产业。目前,在车身材料没有任何突破性变化的情况下,汽车模具仍有发展和需求的空间。

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关注计算机技术的发展

丰田模具制造技术发展的重点是强调计算机的应用。越来越多的人从生产现场搬到电脑前。实体设计与数控编程相结合已经取代了手工实体制造和机床操作。精细的模具表面设计和精细的数控编程大大减少了夹具修复,高精度加工取消了模具的磨削和修复。现在数控程序员已经超过了现场操作工人,数控编程的工时成本已经超过了机床的工时成本的50 %,编程周期已经超过了加工周期。目前,计算机技术应用的发展并没有降低模具的成本,但是模具生产已经从依赖人类技能转变为数控的自动化和半自动生产。这种高精度的无人化加工大大提高了模具和产品零件的质量,大大缩短了生产周期,计算机技术将模具制造技术提升到了一个新的高度。

相比之下,可以看出,目前中国的计算机应用还比较初级。不是我们的机床和软件不好,而是应用的基本技术有很大差距。即使丰田的技术被引进,实现这一效果也不容易。

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淘汰适者

最初,我们认为不可能将手工工作留给模具,因为模具是一种外形复杂的单件产品,而丰田则提议淘汰适配者。淘汰适配者是一个目标,主要指大大减少或完全避免研磨和调整适配者(仍然需要装配适配者)。正如我们前面提到的,丰田的目标已经基本实现。除了磨削拉伸表面和拉伸凸圆角,磨削、模具修复和混合钳修复大多是异常的或者修复设计和制造缺陷,不再是必要的正常工作。

例如,绘制模型表面的平滑度一直是我们强调的质量标准。过去,钳工工作主要用于研磨来实现这一点。为了减少或不推动磨削,有必要减少铣削刀具痕迹的余量。有些人主张使用五轴铣床进行垂直轮廓加工,有些人也使用数控轮廓磨削。这些丰田机器也已被使用,但实践证明,五轴机床成本高、效率低、编程困难,并且效果不理想。最后,丰田采用了高速、小行程三轴铣削工艺,以获得高精度轮廓。圆角是手工打磨的,而其他轮廓只是没有打磨,模具表面用工具标记绘制。

结果表明,尽管模具表面的表面光洁度不令人满意(仍然有刀痕),即使对于表面质量要求高的汽车外板,除了产品内表面的一些划痕,对有用产品的外表面也没有不利影响。甚至那些需要电镀的模具表面也镀有刀痕。据说德国和美国的一些汽车模具厂已经废除了表面研磨。对于那些追求模具表面光洁度的人来说,这真的是命运的一个大笑话。同样,采用了各种方法,如清理成型面的凹角、采用30度头部防屈服刀具进行垂直表面加工、控制不相等间隙的制造零件的成型压力等,现在阳模和阴模的匹配精度使得磨削和夹紧变得毫无意义。

因此,在某种意义上淘汰适者不再是一个梦想。当然,在中国,如何说服用户接受这种带有刀痕的工具仍然是一个大话题。

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统一集中处理

丰田的加工车间有三种类型的数控加工线:第一种是由几台数控机床组成的加工线,机床可以互换。一行包括各种机床,如底面加工、水平铣削、粗铣削和精铣削。匹配的分工是明确的。更换机床时,工件不需要重新夹紧和对齐。这条装配线大约是80年代的产品。第二个是一个带有三维仓库的无人捏合机组,这是90年代早期的产品。第三是粗精加工一体化、高速、高精度的五边形加工中心,这是近几年才投入使用的。第一种加工线,它的单机是我们目前使用的数控机床,但是机床是多工作台的,它在对非重型和新安装的卡片进行对齐时效率非常高,我们基本上仍然停留在单机操作的水平,这值得我们参考。虽然捏合机非常先进,但操作起来非常困难,而且准备工作和时间都非常长。如果没有大量的完成任务,即使在丰田,使用也是不现实的。这似乎不是一个成功的方向。

集成加工中心是目前正在开发的最新技术。它的优点是它综合了各种机床的优点。除了底面加工之外,它可以一次包装卡片,具有粗、细、水平、高功率、高精度和高速度。十八个班精通各种武术,加工效率高。缺点是机床的成本非常高,对环境的要求也非常高。一起用它做粗活和重活很经济吗还不知道。然而,毫无疑问,这是一项非常理想的技术,代表了数控加工技术的发展,应该引起我们的注意。

丰田的技术告诉我们

应该设计一个好的模具。 模具也可以在装配线上生产。 高新技术的应用是模具制造技术发展的动力。 国内汽车模具行业与世界先进水平仍有差距。如果我们不努力工作,这个差距将会扩大而不是缩小。

通过以上内容,我们简单列举了一些我们在丰田看到的令人印象深刻的事情,并与中国的事情形成了强烈的对比,这些事情既不全面也不详细。我希望这些材料能给我们的同事一些想法。

目标

作者:天津汽车模具公司。有限公司。

关键词:丰田模具:淘汰适者,好的模具取决于好的设计  

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