國內覆蓋件模具發展的難點和方向
(1)模具的強度磨損壽命預測難題。目前國內模具設計基本根據各自主機廠和模具廠的設計標準來完成,設計生產50 萬件的覆蓋件模具和生產 100萬件的模具在設計方法上基本上沒有很大的區別。模具的失效和零件的不合格往往是聯系在一起的,而模具表面磨損是影響零件質量缺陷和模具本體失效的最主要原因。模具的磨損過程一般如下:在模具加工制造階段開始磨合,調試穩定后運輸到主機廠,此階段在正常量產模具過程中磨損可控,生產出來的零件質量穩定可靠,當模具形面磨損到一定程度后進入劇烈磨損期導致模具損壞,同時生產出來的零件質量不滿足質量要求,此時意味著模具達到了壽命終期。
目前對于模具尤其高強鋼模具失效機理研究比較多,但是對于模具表面磨損仿真及使用壽命預測在國內外鮮有相關文獻進行報道;同時模具磨損失效的指標如何定義國內外文獻和研究也沒有涉及,大部分以某一特定的經驗值作為磨損失效的指標。國外的汽車主機廠和模具制造企業發展比較久,甚至是百年老店,模具經驗十分豐富,模具設計標準和模具材料標準非常完善,按照標準設計的模具基本可以達到設計要求。國內的模具企業由于起步較晚,許多技術標準不完善,加上國內模具材料質量以及鑄造技術等基礎工業水平同國外先進企業還有較大的差距,導致國內模具企業對自己生產的模具使用壽命無法精確控制。因此研究模具使用壽命預測對我國模具行業的發展有著重要的意義。
這方面研究包括綜合材質、潤滑、接觸力、相對滑移速度、形面間隙、和熱處理層組織等方面研究;從而實現模具表面磨損的定量分析,系統建立模具磨損失效的評價指標并提出模具壽命的預測與控制方法。
(2)回彈控制難題。隨著汽車輕量化需求,高強度鋼板、鋁鎂合金板等先進材料得到了廣泛應用,零件回彈控制更加困難,這是目前國內模具行業發展最大的技術難點和痛點。雖然目前的商業沖壓成形仿真軟件對成形的仿真準確度提高幅度很大,但是對回彈的預測尤其是高強度鋼板和大型外覆蓋件的回彈預測都無法滿足要求,導致模具制作過程中必須通過多次回彈整改,造成了模具開發成本的提高,嚴重制約了國內模具開發能力提升。
李光耀等認為針對回彈模擬精度的問題,必須對材料成形極限曲線、變彈性模量、反向加載硬化指數(吉田-尚森模型)和各向異性參數進行系統研究,提出考慮相變效應的材料本構模型以及本構關系參數的獲取方法,建立針對先進材料的多尺度耦合仿真算法,才能獲得高可靠性計算結果。
(3)國內模具企業新工藝、新技術和新設備的應用效果不足。在汽車覆蓋件模具行業中,CAD/CAE /CAM/CAPP等計算機技術已經被廣泛應用于模具設計和加工中,這對縮短模具制造周期、提高模具質量具有顯著作用。同時數字化制造、逆向工程、高精度掃描、并行工程、智能制造、精益生產等先進技術也已在汽車覆蓋件模具生產中得到了應用,并產生了非常好效果。然而目前國內的大部分模具廠還是處在追趕階段,對于覆蓋件模具研究的熱點和發展方向——比如銳棱技術和鏡面加工技術還沒有開始系統的研究,甚至有的企業內部還沒有建立覆蓋件模具前沿技術研究團隊。
高性能數控銑削加工技術以其高的加工精度和高的切削進給速度二者的優良匹配,成為高品質汽車模具制造的核心技術之一,但是國內高檔汽車覆蓋件模具的加工技術尚不成熟,使用與國外性能幾乎相同的機床設備、刀具和編程軟件,但是加工質量差距較大。如何提高模具加工精度、縮短加工時間,從而提高模具的制造質量和生產效率,對于提高我國高檔外覆蓋件模具的制造品質具有非常重要的意義。
(4)國內模具企業質量體系管理和高效模具開發流程不足。隨著汽車市場的競爭加劇,模具企業市場競爭的更加嚴峻,“短周期、高質量”的模具開發方式越來越普遍。一些模具制造企業正在經歷著重要的轉變:比如模具從批量生產方式向按市場或客戶要求并行開發制造方式轉變;由產品設計、工藝設計、模具設計和模具制造各自獨立開發向系統集成制造開發轉變,這就要求模具廠和汽車主機廠建立更緊密的聯系和同步開發流程;甚至共同建立質量管控體系和前沿技術共享機制,這些方案都需要模具廠變被動為主動,積極開拓自己的業務范圍,贏取更多的客戶和市場;同時配套和標準件生產向全球化采購、外包式生產轉變;模具開發過程對質量、成本、效率以及安全的要求不斷提高。
國內模具企業發展必須拋棄“低價競標、低質交付”的思想,必須以自己過硬的技術開拓自己的業務,通過技術管理上的革新來降成本,堅持“低成本、高質量、厚技術”的發展理念。可以預見,這些轉變將推動國內企業模具技術的提高,逐步出現一批全球化的模具企業集團。
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