工艺规划及模具成本分析

文/ 金伟，涂小文·上海大众汽车有限公司

洪艳飞 ·上海翼锐汽车科技有限公司

工艺规划及模具成本分析

文/ 金伟，涂小文·上海大众汽车有限公司

洪艳飞 ·上海翼锐汽车科技有限公司

模具报价及模具成本核算是模具企业运营过程中的重要环节。随着模具制造业的快速发展，企业对模具报价的效率和成本计算的准确性要求越来越高，目前依靠个人经验进行模具报价已明显不能满足企业的需求。基于模具成本计算原理，通过合理的工艺规划及相关计算参数的定制，可以快速准确地计算出模具的各项成本，对提高企业模具报价效率有重要意义。

本文结合AutoForm软件介绍了模具制造工艺规划及模具成本分析的原理、方法及应用实例。

模具成本计算基本原理

AutoForm的成本计算理论是基于零件特征分解来确定加工工序，再根据各个特征在每个工序中的工作内容决定模具的结构形式，并对模具进行模块分解，进而决定每个模块中的部件的形式及部件组成，最后对部件进行机加工、装配、人工和材料成本等计算，最后汇总为整个零件的模具成本。它的基本原理如图1所示。

图1 从零件进行演绎计算模具成本

第一步：把零件分解为所有与工序和成本相关的特征。特征识别可以通过三种方式进行：人工、半自动和自动。如果零件没有可以用的几何形状，可以不用附加到零件进行特征定义。在这种情况下，特征参数（特别是特征长度）可以人工输入。

第二步：确定每个特征的加工顺序。当定义好特征后，AutoForm会自动给特征赋予一个加工顺序，如果需要，用户可以对加工顺序进行更改。针对每一种特征，AutoForm都有一个预先定义好的加工顺序。一个加工顺序包含一个或几个加工单元。一个加工单元表示在一个工序中完成一个既定的特征或子特征。

第三步：确定每一个加工单元的模具模块。

第四步：确定每一个模具模块的部件类型。

第五步：根据特征的参数（如长度和面积等）和部件的类型确定部件的尺寸大小。而且，在这里，除了由零件特征决定的部件外，还有一些组合部件，如装配组合，没有赋予任何相关加工单元特征，如导柱、导套、卸料器和垫片等，也会被计算。

第六步：计算部件成本并汇总。在确定部件类型时，在部件类型中储存了需要的材料和资源花费的信息，在资源花费中还包含与部件参数相关的精确的资源花费参数，如工时、机时和材料等。最后根据资源花费和小时单价、材料单位成本来计算模具成本。

模具部件的分解

要计算模具成本，首先我们必须了解模具的结构形式及其部件组成。只有确定了形式和结构组成，我们才能分项计算成本。

根据其工作内容，模具可分为拉延模、修边模、成形模、冲孔模。为了保证产品质量，实现产品特征，工作部件除了上下运动外，还需要有其他方向的动作，如采用斜楔机构可实现斜面上的冲孔，成形有负角的特征等。在同一工序中，要实现多个特征，就会有多个工作内容组合，如修边冲孔模、侧切侧整模等。模具结构除了受产品特征限制外，还会受压机参数的影响。对于拉延模来说，选用油压机或双动机械压机生产，其结构是不同的。选用不同的模具部件，对应的模具结构也不同。本节以单动拉延模为例简单介绍了单动拉延模的基本结构和各部件的制作形式，如图2所示。

图2 单动拉延模的基本组成和部件制作形式

工艺规划方法

利用零件特征分解的方法对不同零件进行工艺规划即可准确地分析出模具的结构形式及所需组成部件的数量及尺寸，从而计算真实的模具成本。运用AutoForm软件的Process Plan模块可根据零件的实际生产条件快速生成一个合理的工序方案，并以此作为模具成本计算的依据。下面介绍该工艺规划方法的基本原理及操作流程。

工艺规划原理

工艺规划的基本原理是基于零件的实际生产条件，对零件特征进行分解，然后对零件特征安排合理的加工单元和加工工序。当导入压机线等实际生产条件参数后，根据零件形状特征和压机线参数确定零件的加工工序数和各工序的工序内容。工序内容是针对零件各种特征的加工方式的集合。每个加工方式被称为加工单元。对零件进行特征分解后，工艺规划人员需要依据实际冲压经验为零件特征安排合理的加工单元和加工顺序。预先定义好的加工单元分类如图3所示。

对零件特征安排合理的加工单元后，通过记录零件特征尺寸以及加工单元部件的尺寸、热处理要求和标准件数量等参数即可实现对模具成本进行精确计算。

图3 加工单元分类

工艺规划步骤

基于AutoForm进行工艺规划主要分为五步，如图4所示。

第一步：建立工艺规划文件。其目的是为后续模具成本计算做数据准备，因此整个工艺规划流程都将以数据的形式存储在工艺规划文件中。

第二步：定义零件基本参数。为了保证模具成本计算的准确性，针对零件所做的工艺规划必须基于实际生产条件，并与零件的实际生产工艺一致。因此在对零件特征安排加工单元之前，工艺规划人员需要定义零件的基本信息、冲压方向、布置形式以及粗加工余量等基本参数。

图4 工艺规划流程

第三步：定义压机线参数。实际生产条件主要包括零件的生产批量、生产压机线参数等等。一般情况下，工厂的冲压生产线是相对固定的，所以可以通过定制数据库文件的方式来管理冲压生产线的压机参数，同时通过将这些数据库文件导入到工艺规划文件中以完成生产条件等参数的定义。将生产条件等固定参数定制为用户数据库的好处在于，对于部分生产条件相同的零件，可以共用对应的参数数据库。

第四步：检查工序数据。基于零件的特征形状和压机线参数，工艺规划人员需要制定最简单、可实现的工序方案。检查工序数据是要保证零件基本参数和工序设置的正确性，为后面指定特征的加工方式做准备。

第五步：零件特征加工单元规划。零件特征加工单元规划又分为两步：特征识别和指定加工单元。特征识别是先通过AutoForm软件对零件特征进行自动识别并按加工顺序分组，然后依据工艺人员的经验手动检查和修正，以保证全部特征都被识别。指定加工单元是依据冲压方向对零件特征指定加工单元和加工顺序。此处指定的加工单元和加工顺序应与实际生产时一致，否则计算的模具成本将不可信。

通过上述步骤即可对零件进行快速工艺规划。当工艺规划文件确认合理后即可进行模具成本计算。如果当前工艺规划与实际生产不一致，工艺规划员也可以先优化工艺然后进行计算。工艺优化主要包括调整冲压方向、零件布置形式、工序布置以及特征的加工单元和加工顺序等。

成本计算数据库/规则定制与更新

当工艺规划完成后，基于当前的成本计算数据库数据即可算出模具成本。由于模具材料单价和模具加工费用会随市场价格波动，所以成本计算数据库中的数据及其构成也需及时更新。下面介绍用于模具成本计算的参数数据库的定制及更新。

成本计算数据库数据结构

用于模具成本计算的数据是指所有与模具成本相关的，不依赖于特定零件的参数，如模具部件的加工单价、模具材料单价等等。整个成本计算数据库则是这些参数的有序结合，并以特定格式的数据文件来存储和管理。工艺人员通过对成本数据的定制和更新即可实现企业标准的定制与应用。以AutoForm为例，成本计算参数被分为三类，并由对应三个文件来存储和管理。这三个数据文件分别是压机参数文件、用户参数文件和采购部件文件，数据结构如图5所示。

图5 成本计算数据库数据结构

成本计算数据库的定制与更新

成本计算数据库定制更新的目的是使模具成本计算时所使用的压机、采购部件成本等相关参数与实际一致，并减少模具成本计算时数据输入的工作量。成本计算数据库定制更新的一般方法是用Excel等工具来编辑和更新数据库，再以特定格式文件存储以供成本计算软件调用。AutoForm软件提供了两种工具来实现成本计算数据库的定制更新，下面简单介绍其实现方法。

⑴利用Excel粘贴工具实现。AutoForm制定了包含用户参数、压机参数和采购部件参数的三个Excel文件。工艺人员可以利用Excel插件宏程序文件对上述文件进行读写以实现数据库的更新，然后通过Excel粘贴工具将数据结果导入到数据库文件中供模具成本计算调用。

⑵利用XML编辑器。利用XML编辑器实现数据库更新的方法更为简单，因为编辑完成的XML文件可直接作为配置文件供模具成本计算使用。但是XML文件编辑器所涉及的数据库只和成本相关，即单位小时费率（Hourly Charges）、材料单价（Material Costs）、附加费用 （Surcharges）和生产效率因子（Productivity Factors）这四个方面。具体的操作步骤是：

第一步：打开数据文件，利用AutoForm提供的XML编辑器执行文件打开数据库文件或者导入customer_data_EN.xls文件。

第二步：定制更新。利用超级用户权限对XML文件进行编辑并保存为XML文件。运行成本（Process Plan）规划时直接加载该XML数据库文件即可进行模具成本计算。

应用实例

本节以某车型的前盖外板为例来介绍基于AutoForm的模具报价计算原理的应用。图6所示为基于AutoForm工艺规划模块制定的工艺规划图。根据实际冲压工艺经验，针对该前盖外板制定的冲压工艺方案共包括6序，各工序内容依次为落料、拉延、修边冲孔、侧修边、修边翻边和侧翻边。当该工艺方案得到确认后即可进行模具成本计算。模具成本计算结果如图7所示。

图6 某车型前盖外板的工艺规划图

图7 模具成本计算结果

结束语

本文基于AutoForm的工艺规划及模具成本分析模块，结合实际生产经验，总结得出了模具成本计算的基本原理和快速获得精确的模具成本的基本方法。本文主要参考的是由上海大众汽车公司的涂小文等模具业专家主创出版的《AutoForm原理技巧与战例实用手册》一书。它全面深入地介绍了模具成本计算及模具报价的原理与方法、工艺规划原理和操作流程以及模具成本计算的应用实例，对企业进行模具报价和模具成本核算具有重要的指导意义，可供大家学习实践时参考。