汽车冲压模具设计与制造能力发展现状及应用前景

深情与你 2021-05-19 17:34:32

冲压是汽车制造的四大工艺之一,车身的制造精度在很大程度上取决于冲压及其总成的精度。冲压技术源于大批量生产的发展和需要,尤其是汽车工业的发展,现在依然如此。近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套质量达50多吨的模具,为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。我国冲压模具无论在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展,但与国民经济需求和世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口,国内高端汽车模具企业除了要满足传统模具企业的质量、成本、周期要求外,冲压模具高端新技术的研发与应用必将成为国内模具制造业今后重点发展的方向,值得业内人士的重视。


1、汽车零部件企业的冲压模具发展迅速


汽车模具最主要的组成部分就是覆盖件模具,这类模具主要是冷冲模。广义上的“汽车模具是制造汽车上所有零件的模具总称。例如,冲压模具、注塑模具、锻造模具、铸造蜡模、玻璃模具等。汽车车身上的的冲压件大体上分为覆盖件、梁架件和一般冲压件。能够明显表示汽车形象特征的冲压件是汽车覆盖件,因此,更加特指的汽车模具可以说成是“汽车覆盖件冲压模具,简称汽车覆盖件冲模。例如,前车门外板修边模、前车门内板冲孔模等。

汽车冲压模具设计与制造能力发展现状及应用前景

汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具,是车身制造技术的重要组成部分,也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节。汽车模具产品包括汽车覆盖件模具、轮胎模具、内外饰塑件模具、车灯模具、汽车保险杆模具、汽车仪表板模具等。在汽车制造业发达国家,模具产业超过40%的产品是汽车模具,而在我国仅有1/3左右的模具产品是为汽车制造业服务。一般情况下,制造一辆普通轿车本身便需要约1500个模具,当中有接近1000个的冲压模具和超过200个的内饰件模具。受我国汽车行业快速发展的影响,我国汽车模具行业呈现较快增长,市场容量不断扩大。并且随着我国汽车模具行业产业结构的不断优化和技术的不断进步,高档汽车模具产品占整个行业的比重也逐渐提升,预计未来5年的年均增速仍将超过15%。


中国汽车工业的迅猛发展,为国内的汽车模具也带来了广阔的发展空间。由于成本和市场的因素,致使发达国家模具制造的重心也逐步向以中国为代表的发展中国家转移。国际国内的综合因素促进了国内模具工业的高速发展,出现了很多新兴汽车模具企业。据模协统计,重点骨干模具企业达到近110家,其中冲压模具约占37%,中国已成为名副其实的汽车模具制造大国。我国汽车覆盖件的自动化生产虽然算不上是高速冲压,但是自动化程度也相当高。这主要表现在广泛采用自动化成线冲压方面。成线冲压一般由4台压机组成一个完整的封闭冲压线,中间是机器人自动送料和取件,生产节拍约为10~15次/min,典型的是首台双动1630 t和后续的800 t压机组成;地板、顶盖类内覆盖件采用自动或半自动化生产,这类零件主要由批量决定其生产方式,一般采用自动化或半自动化生产。除合资公司外,本土企业最初起步基本上都是采用半自动化冲压的生产方式;半自动化冲压对压机提出了特定的要求:压机台面要大;由于成形力偏大,需要首台压机为2000 t或2400 t、后续压机为1000 t或1250 t以上;底盘骨架件多由零部件公司制造并发往主机厂,成规模的零部件公司一般有6条冲压线,考虑到便于质量控制和主机厂生产物流管理,这类零部件公司都有焊接甚至后续的油漆或喷涂工艺,从而能够向主机厂直接提供总成部件。


精密冲压技术伴随着钟表制造业的发展起源于瑞士,是汽车工业发展中的关键技术之一,在汽车的一些总成制造上有着重要应用,如门铰链总成、玻璃升降器总成等。这类零件料厚3~5 mm,要求零件精度高、强度好、总成动作顺畅可靠。经过多年发展,精密冲压技术在我国汽车工业取得了可喜的成就,目前我国涌现了一批实力雄厚的精冲企业。


多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向,精度要求和寿命要求极高,主要为汽车、电子信息产业、仪器仪表、电机电器等配套。这两种模具,国内已有相当基础,并已引进了国外技术设备,个别企业生产的产品已达到世界水平,但大部分企业仍有较大差距,总量也供不应求,进口较多。对于为超大规模集成电路配套、为引线脚100以上及间隙0.2 mm以下的引线框架配套、为精度5 mm以上的精密微型连接件配套、为1.6 mm以下的微型马达铁芯配套及为显像管和电子枪等配套的精密模具是发展的重中之重。我国的汽车模具的高端路线是模具企业走向发展的必经之路,市场的需求和发展也促使着其他大中型冲压件配套的大型多工位级进模也应重点发展。


由于国内高端汽车模具企业技术提升缓慢、技术创新能力和模具新技术的研发及应用能力不足等原因,致使国内高端模具的开发能力还不能完全满足国内汽车产业的配套需求,高端汽车模具仍然有很大一部分需要依赖于进口。而国内高端模具企业偶尔还会因为生产负荷不足,不得不改变最初的市场定位而去抢占中、低端市场。企业的生存问题虽然解决了,但由于中低端市场的利润率很低,导致其投入研发和技术创新的资金也很少,一定情况下形成了恶性循环,使企业未进入良性的发展循环,上述原因也使我们离真正的汽车模具“制造强国冶还有一段距离。现在,由于国内的高端汽车模具企业较多,使得其面临的市场竞争日益激烈。国内高端汽车模具企业除了要满足传统模具企业的Q(质量)、C(成本)、T(周期)要求外,模具新技术的研发与应用必将成为国内模具制造业今后重点发展的方向。


2、汽车冲压模具设计与制造能力的现状


模具制造技术水平的高低,不仅是衡量一个国家制造水平高低的重要标志,而且在很大程度上决定着其产出产品的质量、效益和新产品开发能力;同时模具又是企业的“效益放大器冶,依靠模具生产出的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。


由于利用模具生产制作具有高效率、低成本、高精度、高一致性的特性,汽车、电子、电器、仪器仪表、家电、航空航天、建材、电机和通讯器材等产品中,约60%~80%的零部件都要依靠模具加工成形,因此模具在国际上被称为“工业之母”。在市场方面,汽车、电子信息、家电和办公设备、机械和建材行业是最大的模具消费领域,上述行业占整个模具市场份额的80%以上,其中汽车模具市场预计将保持年均10%以上的年均增长速度。

汽车冲压模具设计与制造能力发展现状及应用前景

模具行业和企业要发展必须把握时代脉搏,自觉主动地调整自已的技术结构。传统的模具设计制造技术必须用先进适用的高新技术进行,模具的技术含量必将逐步而快速地提高,现代化工业企业管理技术也必将逐步替代作坊式的管理模式。经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此,我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。


围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近年来也涌现出一些新的快速成形方法。例如目前已开始在生产中应用的无模多点成形及激光冲击和电磁成形等技术,它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距。轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。


虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具国产化进程中前进了一大步,但在制造质量、精度、制造周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善,高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。华夏模具网指出,高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC和DNC技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工精度,提高了模具的质量,缩短了模具的制造周期。


我国模具行业专业化程度还比较低,模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30%,我国冲压模具自产自配比例为60%。由于自配比例高,所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布,但专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布,而往往取决于主要投资者的决策。


3、汽车覆盖件主要冲压工艺及液压成形技术的发展应用


国内外汽车制造和使用环境的不断变化,对汽车车身的开发提出了更高的要求。尽管受到投资成本、工艺可靠性等因素的困扰,国内一些中小企业还把优化现有生产工艺作为企业发展的首选,但在国外以及国内的一些大型企业中已开始广泛研究和开发板料成形新技术、新工艺,如内高压成形、液压拉深、热成形和旋转落料等。采用新工艺有很多技术上的优势,可以提高材料利用率,减少零件制造工序,降低生产成本。液压成形也被称为“内高压成形冶,它的基本原理是以管材作为坯料,在管材内部施加超高压液体同时,对管坯的两端施加轴向推力,进行补料。在两种外力的共同作用下,管坯材料发生塑性变形,并最终与模具型腔内壁贴合,得到形状与精度均符合技术要求的中空零件。与传统的冲压工艺相比,液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势,在工业领域尤其是汽车工业中得到了越来越多的应用。在汽车工业及航空、航天等领域,减轻结构质量以节约运行中的能量是人们长期追求的目标,也是先进制造技术发展的趋势之一。液压成形就是为实现结构轻量化的一种先进制造技术。尤其对于空心变截面结构件,传统的制造工艺是先冲压成形2个半片,然后再焊接成整体,而液压成形则可以一次整体成形沿构件截面有变化的空心结构件。


与冲压焊接工艺相比,液压成形技术和工艺有以下主要优点:减轻质量,节约材料。对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件,液压成形件比冲压件减轻20%~40%;对于空心阶梯轴类零件,可以减轻40%~50%的重量;减少零件和模具数量,降低模具费用。液压成形件通常只需要1套模具,而冲压件大多需要多套模具。液压成形的发动机托架零件由6个减少到1个,散热器支架零件由17个减少到10个;可减少后续机械加工和组装的焊接量。以散热器支架为例,散热面积增加43%,焊点由174个减少到20个,工序由13道减少到6道,生产率提高66%;提高强度与刚度,尤其是疲劳强度,如液压成形的散热器支架,其刚度在垂直方向可提高39%,水平方向可提高50%;降低生产成本。据液压成形零件的应用统计分析,其生产成本比冲压件平均降低15%~20%,模具费用降低20%~30%。


液压成形工艺在汽车、航空、航天和管道等行业有着广泛的应用,主要适用于:沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心结构件,如汽车的排气系统异型管件;非圆截面空心框架,如发动机托架、仪表盘支架、车身框架;空心轴类件和复杂管件等。液压成形工艺的适用材料包括碳钢、不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等,原则上适用于冷成形的材料均适用于液压成形工艺。与其他金属塑性成形加工工艺相比,液压成形是一项正处于上升态势且具有良好发展前景的先进制造技术。目前,全球已建成并投产了众多的专业化生产线,形成了相当的生产规模,产品订单持续稳步增长。内高压成形技术在加工几何形状复杂的空心件方面具有明显的技术和经济优势。20世纪90年代中期,管状内高压成形技术开始应用于汽车领域,目前在欧洲、美国和韩国汽车制造业已经得到很好的应用。内高压成形坯料一般采用半成品,如拉拔管、焊接管、双层管或者挤压型材、预成形板坯等断面为圆形的管坯。生产中如果工件由于其几何形状或者特殊要求而不能被胀形到最终尺寸,还需对工件进行切割、冲压或者铣削加工。在实际应用方面,内高压成形工艺以其结构和设计的多样性成功地应用在生产强度高、寿命长、重量轻的零部件上,如汽车排气管、前、后悬挂、底盘和结构零件等。目前,欧宝发动机支架、BMW仪表盘支撑梁以及大众公司某汽油发动机排气管制造都采用内高压成形技术。在热成形过程中,由于热应力的存在,材料极易产生裂纹,通常可以采用通过增加工序,将总变形量化小分解到各成形工序的方法加以解决;起皱可以在增加工序的基础上,通过过渡结构来消除。但是增加工序不仅要增加模具数量,而且每道工序后坯料表面会因氧化和温度不均等原因使模具滑动面之间极易卡死,故热成形模具结构应尽可能简单。工业中的液压成形技术主要应用在管型件成形中,主要应用在很小批量的个性化汽车零件制造中。液压成形具有比较突出的优点:从原理上讲,该技术是等压成形,依赖高压介质改变板料形状,板料在法向是受压的,为三向受力状态,能够较好的改善局部成形,或者说有利於成形更加复杂的覆盖件;成形原理和液体介质改变了传统的钢-钢接触成形方式,能够有效减少板料划伤,对提高表面质量极为有利;改善了传统冲压对冲压成形方向的限制;一次可以成形更多工艺内容,利于减少工序和模具数量;成形中的冷作硬化有利於提高制件强度,同时,从目前应用情况来看,其生产节拍并不慢。但液压成形技术亦有不足之处,其应用的限制显而易见:需要外用液体介质及其相应装置;并且有必要在焊接前对零件进行后续处理;考虑到对现场作业环境的影响,不大适合大批量零件加工。液压成形具有独特的工艺特点和技术、经济优势,在汽车工业得到了迅速的推广和应用,对汽车轻量化的发展进程产生了良好的推动作用,同时也带来了明显的经济和社会效益。对于汽车冲压件制造企业来说,虽然在汽车冲压件成形过程中采用新技术和新工艺存在投资大、新技术不够成熟等风险,但只有掌握了新技术、新工艺才有可能更大程度地降低成本和提高劳动生产率,才有可能在市场竞争中觅得先机,不断地开发和采用新技术、新工艺代表着汽车制造业的发展方向和未来。


4、汽车冲压模具技术的发展前景


汽车覆盖件有内外之别,相应地也有内外覆盖件模具之分。内覆盖件的表面质量主要是回弹和扭曲问题,模具的稳定可靠主要是防止拉伤、改善制件的翘曲和变形;外覆盖件的表面质量主要是划痕、孔与边的毛刺、局部凹陷、贴合面成形质量、总成件装配后的间隙等问题,模具要求工作部分制作精良,装配精准,模具动作流畅等。

汽车冲压模具设计与制造能力发展现状及应用前景

应该说,国内已经完全具备制造一个完整的中级车车身模具的能力和技术,但模具不是批量生产,任何一套模具不管由哪家模具厂制造,最终还是由具体承担其设计制造任务的具体人员完成。我们可以在整体经验积累和标准化方面做很多工作,但因为是单件生产,所以事实上还是由个人水平决定的。目前国内整车厂的内覆盖件模具主要由国内完成制作,而部分关键外覆盖件模具采取外包方式。外包是基於国外的经验更为丰富,发包方在产品制造周期和质量上有更大的期待。事实上外包制作的模具也存在许多问题,但对发包方来讲,从心理上会认为国内问题更多。


在经济的全球化和中国从“制造业大国冶向“制造业强国冶的挺进中,“服务科学冶和“服务制造冶等现代理念的出现,对中国模具行业的发展必将产生重大影响。模具行业的服务制造业的特征将大大增强,模具也应该是最先融入“服务制造冶的生产装备。纵观模具技术的发展路线和模具行业的发展前沿,模具技术的总体发展趋势是“由模具自身的品质提升向冲压件产品的控形控性以及一体化解决方案方向发展冶。即用户要求从主要考虑模具的本身品质向控制模具生产的最终产品品质的方向发展,从对模具品质的单一要求向为用户产品提供一体化解决方案方向发展。用户的要求突破了模具产品本身的界限,必须从产业链上寻求系统的解决方法,迫使模具技术和企业向制造业的相关产业链延伸。因此,一大批多领域交叉技术的应用以及以模具为核心的系统解决方案将是今后模具发展的主要特征。


综合中国目前冲压模具的发展及其存在的问题,可以看出多工位与多功能冲压模具是最有希望赶上国际先进水平的模具之一,但还需要模具企业在专业化细分、自主创新以及设计和制造工艺基础理论与技术方面做深入细致的研究工作,为中国多工位与多功能冲压模具的整体技术赶上国际先进水平打下好基础,并在保持电机铁芯自动叠片级进模、空调换热器翅片级进模、集成电路框架级进模、电子连接器级进模等高水平模具发展的同时,注重发展大型汽车零件级进模、多功能复合冲压模具、微小零件冲压模具、特殊板料等微特冲压模具及其技术,整体提升多工位与多功能冲压模具的水平。


另外,“控形和控性冶是模具发展的大方向,首先需要解决的是“控形冶技术问题,冲压模具的“控形冶技术必然是近期需要突破的重要关键技术。研究冲压成形的深层次理论和技术问题,借以掌握“控形和控性冶技术,从而实现模具的信息化和智能化制造。智能化是全球的发展趋势,也是“服务时代冶的主要特征。对模具行业来说,模具的信息化和智能化是实现“控形和控性冶的重要手段,是赶超国际模具先进水平的一个重要方面,它可以带动一些列模具先进技术的发展,具有重要的战略意义。目前中国模具的信息化和智能化刚开始起步,要实现模具的信息化和智能化还有很长的路要走,同时也需要相关政策的推动。


随着电子信息等高新技术的不断发展,市场需求向个性化与多样化方向发展,未来高速精密冲压技术和以高档模具为核心的发展总趋势是向精密化、高速化、柔性化、网络化、集成化、信息化和智能化、低碳环保及全球化的方向发展。我国模具业起步较晚,但受下游机械加工等相关行业需求支撑,行业整体发展较快,规模也在不断壮大。近年来,我国模具机床制造业取得长足进步,经济规模实现由小到大的迅猛增长,连续多年居世界第一位。不过,总体来看,我国模具机床制造业仍然处于国际分工和产业链的中、低端,高端产品市场竞争力不足,相关企业为高端细分市场提供综合服务的能力相对薄弱,致使我国国民经济和国防安全重点领域的装备需求仍然严重依赖进口,受制于人。缺乏对用户制造工艺深入掌握和理解、为用户提供全面解决方案的能力,是模具机床制造业长期存在的突出薄弱环节,也是制约我国高端模具及周边产品进入包括航空制造业在内的高端细分市场领域的主要障碍。加强模具机床制造业与用户之间的沟通,建立紧密的合作关系,使其共同发展。


目前还没有一个有效的沟通平台能促进双方沟通,因此2个行业需要共同搭建一个沟通平台,加强双方沟通,以提高模具机床制造业为相关行业提供服务的综合能力和水平,促进双方建立紧密的合作关系,使其共同发展。

来源:Pressform 冲压帮

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

免责声明

最新回答

还没有人评论哦,抢沙发吧~

为您推荐