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精密儀器

看看世界一流模具是如何制造出來(lái)的

豐田汽車(chē)-美國(guó)密西西比模具/沖壓工廠實(shí)錄



豐田汽車(chē)公司的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù),在管理和技術(shù)有許多獨(dú)到之處。就豐田模具生產(chǎn)制造技術(shù)作初步的探討,這些內(nèi)容對(duì)急待改進(jìn)生產(chǎn)方式、推進(jìn)科學(xué)管理和提高制造技術(shù)水平的國(guó)內(nèi)汽車(chē)模具同行,可能會(huì)有一些借鑒和啟發(fā)。


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日本的制造術(shù),一個(gè)經(jīng)濟(jì)界和汽車(chē)界流傳了經(jīng)久的神話(huà),豐田,相信大家都很熟悉,其模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)達(dá)到了世界一流的水平,在管理和技術(shù)方面都有獨(dú)到之處。世界汽車(chē)模具制造技術(shù)正在向這些方向發(fā)展:計(jì)算機(jī)前的操作逐步代替現(xiàn)場(chǎng)操作,以高精度加工代替人的手工勞動(dòng),模具的設(shè)計(jì)、制造高度標(biāo)準(zhǔn)化,單件生產(chǎn)方式向流水線(xiàn)式生產(chǎn)方式發(fā)展等等。


模具設(shè)計(jì)實(shí)際上分為三個(gè)部分:沖壓工藝設(shè)計(jì)、模面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合我們國(guó)內(nèi)的模具制造情況,豐田在以下一些地方與我們有很大的不同,值得我們很好的借鑒。


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在沖壓工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)看豐田是如何與眾不同的:


1、精細(xì)模面設(shè)計(jì):豐田在設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)的曲面造型,完成模面的精細(xì)設(shè)計(jì)。比如:針對(duì)進(jìn)料量不同設(shè)計(jì)各種拉延筋,同一套模不同部位的拉延筋截面不同,防回彈、過(guò)拉延處理,最小壓料面設(shè)計(jì),凸凹模不等間隙設(shè)計(jì)等等。精細(xì)模面設(shè)計(jì)的結(jié)果,可以極大的減少型面加工,減少鉗修,減少試模工時(shí),它的作用非同小可。對(duì)比之下,國(guó)內(nèi)的模具設(shè)計(jì)還停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段,模具設(shè)計(jì)的落后造成了制造的落后。


2、板料成型分析技術(shù)應(yīng)用:豐田建立了一個(gè)整車(chē)身各種典型件的分析結(jié)果庫(kù)。對(duì)一個(gè)新車(chē)型的件,如果成型性沒(méi)有太大的變化,只是參考原工藝不做分析,只有特殊的新造型才做板料成型分析。豐田的新車(chē)要做樣車(chē),對(duì)造型特殊的件除了做板料成型分析外一般還要做簡(jiǎn)易模進(jìn)行驗(yàn)證。


3、模面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制:豐田的設(shè)計(jì)部門(mén)除手工勾畫(huà)草圖以外,設(shè)計(jì)已全部計(jì)算機(jī)化,一般設(shè)計(jì)人員除一臺(tái)工作站外還有一臺(tái)筆記本電腦。但,真正創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)還是靠人腦,特別是靠人的經(jīng)驗(yàn)積累。豐田特別強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制:只有集體的經(jīng)驗(yàn)不能有只屬于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn),豐田的模具設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程,真正做到了是一個(gè)閉環(huán)制造系統(tǒng),借助于這種自我完善的經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制,模具的設(shè)計(jì)越來(lái)越精細(xì),越來(lái)越準(zhǔn)確。


4、間隙圖設(shè)計(jì),在豐田模面設(shè)計(jì)實(shí)際上是由曲面造型和nc編程兩部分共同完成的,為了傳達(dá)和描述模面設(shè)計(jì)思想,就產(chǎn)生了除dl圖、模具圖之外的第三種圖---間隙圖也叫質(zhì)量保證圖。


5、大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)設(shè)計(jì)的影響:豐田的生產(chǎn)規(guī)模是世界一流的,它在模具設(shè)計(jì)如何適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

提高材料利用率:


對(duì)于大批量汽車(chē)生產(chǎn)來(lái)說(shuō),提高板料的利用率是模具設(shè)計(jì)的第一大事。只要把材料利用率提高幾個(gè)百分點(diǎn),模具的成本就可乎略不計(jì)了。如果一套模具40萬(wàn)人民幣,只相當(dāng)于100噸鋼板的價(jià)格,以壽命50萬(wàn)件計(jì)算,平均每件節(jié)約0。2kg鋼板,就足可節(jié)約出這套模具費(fèi)用了。


減少?zèng)_壓工序


模具設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是,零件的合并,左右對(duì)稱(chēng)件合模,前后順序件合模等等,原來(lái)幾個(gè)件合成一個(gè)件,不同的件合在一套模,模具越來(lái)越大,單件工序大大減少,整車(chē)模具數(shù)量越來(lái)越少,這對(duì)降低沖壓的成本起關(guān)鍵作用。例如:豐田把整車(chē)制件的模具系數(shù),由過(guò)去的3點(diǎn)幾降到2左右。沖壓自動(dòng)化:為適應(yīng)沖壓線(xiàn)完全自動(dòng)化,模具必須考慮機(jī)械手上下料,廢料的自動(dòng)排出,氣動(dòng)、自動(dòng)和傳感裝置普遍采用等等。


模具的快速裝換


沖壓線(xiàn)的換模時(shí)間,也成為一個(gè)模具設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題。如:拉延模完全以單動(dòng)代替雙動(dòng),模具自動(dòng)卡緊,換模不換氣頂桿等等。

模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工:


設(shè)計(jì)有兩種目的:一個(gè)是面向設(shè)計(jì)本身,一個(gè)是面向制造。設(shè)計(jì)者在畫(huà)圖過(guò)程中逐步完善自己的設(shè)計(jì)思路,另一方面,設(shè)計(jì)要面向制造,以提高生產(chǎn)效率為最終目的。


  1. 實(shí)體設(shè)計(jì):模面設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分開(kāi):豐田把模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模面設(shè)計(jì)完全分開(kāi)的,前者是實(shí)體設(shè)計(jì),后者仍然是曲面設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中模面部分只是示意性的,可用于實(shí)型加工,不能用于模具加工。這種分工大大簡(jiǎn)化了模具實(shí)體設(shè)計(jì)。


  2. 實(shí)型數(shù)控加工:在豐田,實(shí)型的生產(chǎn)員工,已完全從手工制作轉(zhuǎn)變到大量的數(shù)控編程上來(lái)了,現(xiàn)場(chǎng)的簡(jiǎn)單人工粘接和修整工作,由臨時(shí)工所充當(dāng)。實(shí)型的數(shù)控化生產(chǎn)直接得利于實(shí)體設(shè)計(jì),而又提高了鑄件的精度,為后序的精細(xì)加工帶來(lái)極大的優(yōu)勢(shì)。


  3. 構(gòu)造面數(shù)控加工:模具構(gòu)造面就是模具型面以外的機(jī)加工面,如:導(dǎo)向面、鑲塊安裝面、螺釘孔、其他需加工面等等,這些在豐田也都是靠編程,數(shù)控加工出來(lái)的。實(shí)體設(shè)計(jì)為模具的構(gòu)造面數(shù)控編程加工帶來(lái)了可能。豐田通過(guò)實(shí)體設(shè)計(jì)真正做到在模具結(jié)構(gòu)上的cad/cam一體化,也只有一體化,取消繪制二維圖的束縛,實(shí)體設(shè)計(jì)才顯示出的它的價(jià)值,兩者應(yīng)該同步發(fā)展相宜得彰,這就是豐田為我們提供的經(jīng)驗(yàn)。


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高精度加工


模面的加工是模具加工的重點(diǎn),豐田在近年來(lái)大力發(fā)展高精度模面加工技術(shù),取得了讓人耳目一新的成果。


  1. 型面高精度加工:型面高精度加工主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面:提高模面加工精度、提高加工到位程度、實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)設(shè)計(jì)。高精度加工除機(jī)床精度和刀具的管理外,主要是靠編程技術(shù)的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的;

  2. 二維刃口的高精度加工:豐田的二維刃口鑲塊加工,采用在專(zhuān)用的鑲塊加工流水線(xiàn)上,單塊加工成活,加工精度可以達(dá)到按銷(xiāo)定位裝配,合模無(wú)須對(duì)間隙的程度。

  3. 高精度加工的效果:豐田通過(guò)高精度加工,使模具精度達(dá)到了模面的少鉗工、無(wú)鉗工化的目標(biāo)。豐田的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中,由機(jī)加工完成之后到第一次試模之間,只有七個(gè)鉗工工作日,它基本是鉗工裝配時(shí)間,而沒(méi)有鉗工修磨工時(shí)。


模具行業(yè)大有向第三世界轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。通過(guò)豐田的發(fā)展,我們有了一些新的認(rèn)識(shí),模具生產(chǎn)越來(lái)越依賴(lài)高科技,完全可以把人工勞動(dòng)降到很低,汽車(chē)對(duì)模具生產(chǎn)的需求最重要的是高質(zhì)量和短周期,在大規(guī)模汽車(chē)生產(chǎn)中,模具本身的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如模具的使用成本更重要。


豐田的技術(shù)告訴我們


好的模具應(yīng)該是設(shè)計(jì)出來(lái)的;模具也可以流水線(xiàn)生產(chǎn);高新技術(shù)應(yīng)用是模具制造技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力;國(guó)內(nèi)汽車(chē)模具業(yè)與世界先進(jìn)水平相比還有較大差距,如果我們不努力,這種差距不是縮小,而是會(huì)拉大。國(guó)內(nèi)的汽車(chē)模具廠家不是很多,但卻吃不飽,我們高質(zhì)量模具的市場(chǎng)被周邊國(guó)家和地區(qū)的模具廠占領(lǐng)了,我們不向世界上最先進(jìn)的模具技術(shù)學(xué)習(xí),還能生存么?


最后再給大家分享一下豐田模具的內(nèi)部情況


豐田模具設(shè)計(jì)與制造部門(mén)概況


豐田汽車(chē)公司中與沖壓模具設(shè)計(jì)


制造有關(guān)的部門(mén)主要有兩個(gè),其中負(fù)責(zé)模具設(shè)計(jì)的是第八生產(chǎn)技術(shù)部,負(fù)責(zé)模具制造的是st部(st為沖模的英文縮寫(xiě))。它們都直屬于總公司,生產(chǎn)技術(shù)1-8部屬于生產(chǎn)準(zhǔn)備部門(mén),沖模部(st部)屬于工機(jī)制造部門(mén)。


第8生產(chǎn)技術(shù)部,其主要職責(zé)是模具設(shè)計(jì)和沖壓設(shè)備準(zhǔn)備,加上它所屬的計(jì)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備、部屬等科室共有將近350人。其中與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的技術(shù)室有三個(gè),它們是由從事的產(chǎn)品件類(lèi)型來(lái)劃分的:


部門(mén)/職責(zé)/人員


一室

車(chē)身周邊件模具設(shè)計(jì)

( 車(chē)門(mén)、機(jī)蓋、后行李廂蓋) 約70人


二室

主車(chē)身件模具設(shè)計(jì)

(側(cè)圍、翼子板、頂蓋等) 約75人


三室

底板、梁架件模具設(shè)計(jì)

(地板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙等) 約30人


每個(gè)室又分為沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)組。專(zhuān)業(yè)化分工是豐田模具設(shè)計(jì)部門(mén)工作的特點(diǎn)


模具設(shè)計(jì)內(nèi)容細(xì)分


豐田把模具設(shè)計(jì)分成三個(gè)工序:工序設(shè)計(jì)、模面設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分工明確,分別由專(zhuān)門(mén)人員負(fù)責(zé)。工序設(shè)計(jì)主要完成工序草圖、dl圖設(shè)計(jì)、作詳細(xì)的模具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、模面構(gòu)想等,模具設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)都在這一步靠人腦完成。模面設(shè)計(jì)幾乎是單純的曲面造型,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于模具結(jié)構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)。




人員專(zhuān)業(yè)化分工細(xì)微


各個(gè)室只負(fù)責(zé)一類(lèi)產(chǎn)品件,每個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)負(fù)責(zé)同一個(gè)件,甚至是同一類(lèi)模具。由于豐田每年開(kāi)發(fā)的新車(chē)可達(dá)十種,這就是說(shuō),可能有的人在一年內(nèi)畫(huà)十套非常相似的前車(chē)門(mén)外板拉延模,其專(zhuān)業(yè)化程度可想而知。


模具的社會(huì)大分工


日本的模具制造專(zhuān)業(yè)性分工很強(qiáng),豐田雖然自己的模具制造能力很強(qiáng),但它并不是什么模都干。比如,整車(chē)所有件的沖壓工藝和模具的整車(chē)協(xié)調(diào),他自己都負(fù)責(zé),但模具設(shè)計(jì)和制造他只干車(chē)身內(nèi)外覆蓋件,地板和梁架件全部到定點(diǎn)廠家外協(xié)。不但豐田如此,國(guó)外的大汽車(chē)公司所屬模具廠無(wú)不如此,比如日本大發(fā)公司模具廠,甚至只做側(cè)圍、翼子板、頂蓋等有限的幾種外覆蓋件。這可以看作是一種發(fā)展趨勢(shì),在韓國(guó)、臺(tái)灣甚至是專(zhuān)業(yè)模具廠家也是向只做幾種件的更專(zhuān)業(yè)方向發(fā)展。

在線(xiàn)聯(lián)絡(luò)

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