中国汽车模具生产管理技术浅析

小黄豆

近年来，我国汽车工业的快速发展极大地带动了汽车模具行业的发展。目前，国内模具骨干企业由于技改投入大、起点高，正在向规模化、高水平方向发展；而民营模具企业则异军突起，发展迅猛。
模具是技术型产品和典型的非定型产品，尤其是汽车覆盖件模具的技术含量非常高。模具制造企业是典型的单件生产制造企业，每套模具都要进行创造性的设计、数控编程、生产准备、机械加工、装配及试冲，增加了企业生产管理的复杂性和难度。如何提高生产效率、缩短开发周期、提高模具技术水平、降低生产成本一直是模具企业面临的难题。北汽福田潍坊模具厂经过多年的实践和探索，进行的全过程实施并行工程、标准化设计与制造、精细化加工一次到位、专业化协作生产和粗精加工分开进行等生产组织方式也同样适合于我国的中小模具制造企业。
全过程实施并行工程
  ~$ J# t  M& ?9 O" |( @3 l全过程实施并行工程是缩短模具开发周期最有效的途径之一。所谓并行工程就是模具开发过程中的各工序、各环节都要同步、并行、交叉进行，尽量避免串行。在汽车车身的开发过程中，同步工程共有三个阶段：
第一阶段是研发部门的产品开发后期和模具开发前期的并行工程，即产品研发部门在车身数模冻结之前，利用设计版车身数模和模具厂技术部门进行设计评审、工艺会签，使产品开发得到完善。与此同时，模具厂利用设计版数模进行模具开发方案的策划、制定开发预算、计划和冲压工艺方案、开展DL图设计、进行拉延模初步设计和铸造实型加工。该阶段的并行工程可将模具的开发时间缩短1～2个月。
8 m* S" a$ \4 Y第二阶段是模具开发过程中的技术准备、生产准备、模具加工和调试各工序之间的并行工程，即生产准备、加工工艺及数控程序设计并行。生产计划一定要首先安排拉延、成型类模具，其次是翻边整型类模具，然后是修边冲孔类模具，最后是落料冲孔类模具，唯有这样才能做到均衡生产，提前给汽车厂提供样件，便于开展第三阶段的并行工程。
第三阶段是模具开发后期和车型试制、试验及车身装焊线调试之间的并行工程，即拉延、成型、翻边整型类模具完成之后，利用五轴数控激光切割机完成落料、修边、冲孔等工序，提供冲压样件，进行组装螺钉车身、试装车、可靠性实验、验证设计、上汽车产品公告、调试装焊线等，直至可以小批量试生产，进行市场开发。完成这部分工作一般需要4～6个月时间，模具制造厂完全可以利用这段时间完成修边、冲孔、落料类模具的开发，并将全部模具调整到商品化状态。
* b, S! E- @+ y7 D  R标准化设计与制造
模具设计标准化首先要建立模具设计标准数据库，包括单独零件的标准零件、含有装配结构的标准部件、模架结构数据库及典型模具结构数据库，供技术人员设计模具时调用拷贝，提高设计效率和模具标准件使用率，实现模具结构的规范化、系列化和标准化，使得模具标准化程度达70%以上。从根本上解决了非专业化生产造成的质量不稳定、缺乏互换性而无法保证正常使用等问题，转变了传统的“小而全”、“大而全”和“自给自足”的生产组织方式。全面推广使用模具标准件，包括中小模具模架、冲切装置、导向装置、限位装置、定位装置、压退料装置、斜楔侧冲装置、气动装置和氮气弹簧、弹簧回程装置等。不能采用标准件的结构也要规范化、系列化，如大型覆盖件的模具端头、切/排废料机构、大型斜楔机构等由专业厂协作加工，目标是模具厂商只加工成型凸/凹模之类的专用件，提高从设计到加工的标准化程度，缩短交货周期，稳定模具质量。
精细化加工一次到位
精细化加工的目的是大大减少钳工研修，一次加工到位，降低反复加工、后序弥补、人工修整及模具质量对钳工技艺的依赖等。如上下模刃口间隙直接加工到位，不用钳工开间隙；冲孔凸/凹模直接安装无需调试；拉延模型面的高光顺性无接刀痕迹，减少研合；内覆盖件拉延模不用去刀痕，不推磨；凹圆角过切加工，不用清根等。通过精细化加工和采用高水平的标准件，再使零件的加工基准和装配基准一致，实现钳工制造的只装不配少修，即所谓的“直接装配法”，是现代模具生产的管理方向。
实现精细化加工要从模具设计、数控编程和数控加工入手，如利用CAE技术进行模具的精细化设计。拉延模针对进料量不同而设计各种拉延筋，同一套模具不同部位的拉延筋截面不同，防回弹过拉延处理和最小压料面设计等，可以大大减少型面加工、钳修和试模工时。精细化加工主要体现在提高模具型面加工精度和加工到位程度方面，需要具备高刚度、高精度、高转速的高速精密数控铣床和高速刀具，同时还要重视数控编程技术。其加工方法包括等高线加工、最大长度顺向走刀加工（横向步距达0.3mm）、采用30°倾斜角精加工（避免“零切削”）来提高模具的表面精度、采用凹圆角过切加工不用清根等。
7 e; z# c/ p" l1 E9 s粗精加工分开进行
汽车模具企业的加工设备的突出特点为“多、大、精”。所谓“多”，是因为汽车模具结构复杂，加工工序多，各工序都需要一定数量的加工设备。大型关键设备主要有三轴以上的数控铣床、研配压床、试模压力机、五轴数控激光切割机、三坐标测量机等。如果投资不到位，没有一定数量的设备，难以形成经济规模，不能给客户以信心，难以开发市场。所谓“大”，是因为现在汽车制造水平越来越高，车身装焊工艺越来越简单，冲压件分块越来越大，使得冲压模具也越来越大，越来越复杂，因此开发模具的各种加工设备都很大，工作范围一般在2000mm×4000mm以上。所谓“精”，是因为汽车市场竞争越来越激烈，消费者越来越成熟、理性和挑剔，尤其是对车身外观的要求越来越高，而车身质量主要由模具和装焊夹具来保证，这就决定了模具加工设备必须具备精度高、功能多等特点，如五轴联动数控铣床及高速精密数控铣床主要从欧美进口，在国内采购不到。
要满足以上特点，一是投资大，如一台大型试模机械压力机需要600～800万元人民币，进口一台大型数控铣床需要80～150万美元，是国产设备的3～5倍；二是固定资产多，设备折旧费用提取多，增加了模具开发成本，国内一般中小型模具厂难以承受。
5 k$ }. p! E0 e6 |8 k2 g不过，调整生产组织方式和加工流程能够缓解企业的投资压力，降低模具开发成本。采用粗加工和精加工分开进行可满足这一要求，粗加工在大陆或台湾设备上进行，精加工在欧美设备上进行。大陆或台湾的数控铣床的刚性好、价格低（为欧美设备价格的1/5～1/3）、滑枕尺寸大、主轴电机功率高、转速低，用来粗加工。五轴联动高速铣床主要从欧美进口，具有设备投入大、主轴转速高、进给速度快、加工精度高等特点，能够满足精细化加工要求，只用来精加工。一般由4台粗加工设备和1台精加工设备组成一个加工单元，即一个模具企业要达到合理的规模和一定的水平，数控铣床不应小于5台，根据数控铣床的加工能力来配置人员和其他设备。
专业化协作生产
模具企业由于投入大、产出低，一般规模不会太大，很难独立承担整车模具的开发项目，同时由于模具生产的不均衡性，必须进行专业化协作生产、建立协作体系、形成企业战略联盟。
在协作体系内，首先要统一设计制造规范、统一检验验收标准、统一毛坯和标准件供货体系。专业协作主要分如下几种：一是工序协作，包括设计、数控铣加工、小件加工、钳工装配等工序，如非标准的斜楔侧冲装置委托给标准件厂加工；二是成套发包，有意识培养专业定点厂，如车门模具定点厂、顶盖模具定点厂、地板和梁架模具定点厂等；三是在协作体系内按专业特长分工，要由能力大、水平高、经验丰富的龙头单位总协调，对客户负全责，负责大型复杂模具的开发和螺钉车身的装配，负责整车项目的技术协调与匹配，体系内要有模具设计公司、标准件厂、小型模具制造商、检验夹具制造商。通过专业化协作，各方建立战略联盟，达到技术支持、资源共享、共同开发市场的目的，实现共赢。