创新装备制造工艺打造高端汽车模具

淮海工业集团有限公司四分厂（山西长治 046012）张泽云

淮海工业集团山西奥圣机械制造有限公司（长治 046012）申江勇

2012年12月12日，CCTV第十三届“中国经济年度人物”评选揭晓，其主题是“实业的使命”，并以此来“寻找实业英雄”。这一赋有鲜明时代需求的提法，在当今金融危机阴影之下，显得务实且有远见。实体经济就是以实业和专业为背景的经济发展模式。而模具是一个国家“以制造业为主体的实体经济”所必需的装备和工具，因此，模具制造技术水平的高低，也决定着一个国家制造业能力的强与弱。从目前模具行业的发展形势看，模具产业向高端化、差异化方向发展将更为突出，而信息化管理将促进模具行业进一步向前发展。笔者认为，这也是“设计变更多、质量要求高、用户交期短”的高端汽车模具技术向前发展的必然选择。

突出专业化设计与制造

专业意味着深度、高度和精度，这一点正符合高端汽车模具“精密”的要求，要达到这一要求，首先就应从专业化的设计开始。很早以前就提出了模块化和标准化的设计思路，事实上，这更加有利于模具设计的便捷和迅速，而高端汽车模具设计的关键是将模具结构的科学性和制造工艺的合理性相结合，只有这样，才能达到其高质量、高精度的要求。

高端汽车模具的型面设计日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，因此对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证很高的表面质量和制造精度，而且要追求加工表面的美观。从制造方面来看，专业化的制造进一步保证了模具制造的精密性。首先，模具制造所用的高精度装备是必不可少的，这是制造高端汽车模具的必要条件。比如，高速铣加工中心（Röders，见图1）、慢走丝线切割机床（Agie Charmilles）、精密曲线磨床（Amada）等；其次，是制造工艺的合理性保证了模具设计的精度。比如，随着高速加工技术的不断深入，尤其在机床加工、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术越来越多地应用于模具制造，它改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削→电火花加工→手工打磨、抛光→装配、试模”等复杂冗长的工艺流程，变成“热处理→铣削加工→装配、试模”。这一变化不仅缩短了模具制造周期，而且大大提高了模具制造的精度，这也符合高端汽车模具的制造要求和特点。

所以，设计必须要以装备的制造特点和工艺特性为基础，以专业化设计和制造为前提，才能保证高端汽车模具的严格要求。

图1 Röders RFM760高速铣机床

加强装备的制造工艺应用和创新

随着全球化开放程度的进一步深入，就模具制造硬件来说，国内许多企业已经拥有了先进的，甚至国际一流的装备，但是，从高端汽车模具的较大贸易逆差来看，我国高端汽车模具的整体水平还明显不高。这与对装备的制造工艺应用和创新密不可分。制造工艺，通俗地讲是“先干什么，后干什么的过程”。工艺过程把设计和制造联系到了一起，也只有关注工艺过程，才能提高高端汽车模具技术水平。

金属加工，简单地讲就是金属切削，切削的要素主要有三个，即切速（vc）、切深（ap）和进给（f）。因此，加工工艺参数的合理匹配与优化，将直接表现模具的制造精度。比如：高速铣加工中心设备（德国Röders RFM760，S=42000r/min，f=30000mm/min），在高端汽车模具制造中已得到了较为普遍的应用，它的加工特点是：高转速、快进给、轻切削。经过大量参数匹配（见附表）和试验可以证明，切削效率比普通加工中心要高2～3倍，表面粗糙度可以提升3～4个等级。

RFM760高速加工中心参数匹配表

表中，切速vc的计算方法如下

其中，球刀的r=R sinθ，sinθ=0.437。

平底R刀的r=[(D/2)－R]+R sinθ，sinθ=0.437（见图2）。

图2 球刀和平底R刀示意图

切削参数（包括车削、铣削、磨削、电火花加工、镜面抛光加工等加工参数）的选择与匹配，将直接影响模具制造的质量和效率，而最直接的影响就是表面粗糙度（见图3），没有良好的表面粗糙度，也就不能保证高端汽车模具的精度。尽管，随着各种装备和加工手段的不断更新，许多加工参数的匹配也在不断变化，但是，这些数据将是高端汽车模具制造企业提升工艺能力和制造水平的宝贵资源。这也是模具专业化制造的一种表现！

图3 Röders RFM760加工效果

注重信息化的管理和创新

随着我国模具工业持续高速发展，模具制造全过程信息化管理已在相当一部分高端汽车模具制造企业开始应用。模具CAD/CAE/CAM一体化及软件的宜人化、集成化、智能化及网络化将是今后的发展方向。

模具企业信息化以PLM、PDM、ERP、CAPP为管理平台，而CA D、CA E、CA M、PL M、PDM、CAPP等是从设计、工艺、制造、管理四大领域协同提高模具制造综合竞争能力，为高端汽车模具企业数字化制造与管理提供了重要支撑。

通过管理信息化，可以促进企业的管理规范化，提高企业的运作效率和市场竞争力，把企业的管理人员从繁杂的、重复性的劳动中解放出来，使高层管理人员可以有更多的时间关注企业的发展方向，加强与客户的沟通，开拓更广泛的市场；市场人员也可以进一步加强客户关系的沟通，寻找新的客户资源；技术主管可以有时间关注模具新技术的发展与应用，加强行业内技术的交流，不断提升企业的技术水平；生产主管可以有更多的时间考虑如何进一步提高加工效率、提升模具质量和降低制造成本，做到不断改善。

因此，模具企业应该把握住信息化时代带来的机遇，为企业的长远可持续性发展打好坚实的基础，尤其是高端汽车模具的生产制造和过程管理，信息化手段是压缩制造周期的必要辅助工具。

加大模具材料开发及其热处理技术创新

目前，由于国产模具材料不能完全适应模具制造业的需要，很多高性能、长寿命、交货日期紧迫的高端汽车模具仍不得不采用进口的模具材料及其热处理工艺。而进口材料的价格相对比较高，比国产相近材料的价格高出3～5倍，甚至更多。

从某种程度上说，它决定了模具的使用寿命和制造周期，还影响着模具的成本和价格。尽管，材料上的不足可以通过其他方面的改进来弥补，但是，这是制约我国高端汽车模具发展的一个重要方面。

结语

因此，打造高端汽车模具，必须以专业化的设计、精细化的加工为基础，突出各环节的专业特点和精细程度，利用先进的信息化管理平台，加强装备的制造工艺应用和创新，就一定能够生产出我国高端汽车模具，为推动中国汽车制造业的能力提升和中国经济的向前发展作出贡献。