智能化模具制造與設計在汽車生產中的應用研究

李添翼

摘要： 模具制造設與設計是工業(yè)生產的基礎工藝，在汽車產品應用中更是非常廣泛，60%以上的汽車零部件需要利用模具來生產和制造。數字化手段和計算機技術的廣泛應用，使汽車模具的制造與設計實現了智能化，同時也對其制造提出更高的要求，傳統(tǒng)的汽車模具設計方法受到了一定程度的挑戰(zhàn)，本文主要對智能化技術在沖壓模具設計與制造中的應用進行分析探討，以期對相關研究者有一定的參考意義。

Abstract： Mold manufacturing design and design is the basic process of industrial production， and it is widely used in automobile products. More than 60% of automobile parts need to be produced and manufactured by the use of molds. The wide application of digital means and computer technology makes the manufacturing and design of automobile mold intelligent， and also puts forward higher requirements for its manufacturing. The traditional automobile mold design method has been challenged to a certain extent. This paper mainly analyzes and discusses the application of intelligent technology in stamping die design and manufacturing， in order to provide some reference for related researchers.

關鍵詞： 智能化;模具制造;設計;應用;汽車生產

Key words： intelligent;mold manufacturing;design;application;automobile production

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0173-02

1? 智能化模具制造與設計的發(fā)展現狀

21世紀以來，我國的汽車產業(yè)得到了十足的發(fā)展，增長勢頭迅猛，已然成為汽車生產與銷售的佼佼者，這一切得益于數字化進程和計算機發(fā)展的所帶來的汽車制造與設計的智能化?？v觀整個車身，我們不難發(fā)現90%以上的汽車零部件依托于沖壓成型方法來完成制造與生產，其設計水平對車輛的性能和質量能直接影響車輛的性能;隨著計算機的發(fā)展與應用，智能化的模具生產與制造廣泛應用，傳統(tǒng)的模具設計和制造方法被逐步摒棄。性能好、質量優(yōu)，生產周期短、制造成本低的，智能化的模具制造與設計，為我國汽車制造與銷售的飛速發(fā)展提供了先天條件。

汽車沖壓模具是汽車制造與設計工藝中的重要組成部分，主要指通過冷沖壓的加工工藝，將金屬原料加工制造成汽車裝配零部件的一種裝備，主要用于制作車頂覆蓋件、車門內板，以及形狀尺寸復雜的非標準沖壓模具，優(yōu)勢明顯。

2? 汽車生產中智能化模具制造的應用技術

利用計算機外部設備，開展程序設計工作，結合現有的模具設計技術與相輔相成的工藝，整合并運用各類專業(yè)技術，對設計工作不斷的改進、優(yōu)化、升級，全面應用高速運算，并承擔存儲的功能，實現汽車模具設計與制造的智能化應用，已然成為當代汽車模具開發(fā)設計人員不可或缺的工具?？v觀我國的汽車制造業(yè)，輔助設計（CAD）、輔助工程（CAE）、輔助制造（CAM）等三類智能化模具制造的技術基本涵蓋了我國現有汽車模具設計和制造的主要智能化技術。

2.1 模具輔助設計——CAD技術

CAD作為一項計算機輔助技術，主要作用于機械設計。美、德、日本等先進的發(fā)達最早啟用該技術，著名的汽車品牌——通用、豐田，都依托于這種作用于模具加工的工具而取得巨大成功。隨著相關配套技術的不斷完善，標準化功能模塊、凹凸模的合理布局等功能逐漸融入CAD 技術，使用該項技術的汽車車上企業(yè)在機械設計方面取得了質的飛越。

Auto-CAD、Pro-E、UG NX、SolidWorks是常見的CAD 軟件，可在模具設計和制造中承擔計算、存儲和繪圖等工作，在多種計算機操作系統(tǒng)下工作，對CAD系統(tǒng)進行二次開發(fā)，建立標準數據庫、企業(yè)專用標準件庫等，能夠使汽車模具的設計智能化程度更高。

2.2 工程輔助設計——CAE技術

CAE是一種偏重于模具制造過程分析的技術（過程詳見圖1），將生產中的不同環(huán)節(jié)信息集成，用靜態(tài)和動態(tài)的分析手段，解構復雜的產品結構強度、剛度、熱傳導、彈塑性等，并對其進行優(yōu)化。

Dynaform、AutoForm、HyperWorks、Abaqus、Patran/Nastr

an、ANSYS是可用于汽車模具設計與制造的CAE軟件，能夠對零件的設計和制造過程進行沖壓工藝分析，預估缺陷，并根據分析結果修改和優(yōu)化工藝方案，得出最佳的方案。該設想最早由美國通用汽車提出，現已被成熟的應用于汽車模具產品設計的初期，通常與CAD技術聯用，對產品的力學和動力學進行仿真模擬，校對模具設計圖紙存在的缺陷和錯誤，進行修正和優(yōu)化，縮短生產周期同時，產品的不合格率大大降低。

2.3 制造輔助設計——CAM技術

作為一種利用計算機來控制模具生產過程的科學技術，對于是用于連接計算機與制造生產設備而言，CAM技術起到了意義非凡的紐帶作用，既承擔指導汽車生產規(guī)劃、控制生產設備和處理運行數據的作用，又同步開展物料流動、產品檢測等相關配套工作，還不忘參與仿真和模擬制造，提升、優(yōu)化生產工藝參數的同時，還能實現發(fā)現存在的隱患，提前制定解決方案，使成產過程的失誤率大大降低。將該技術多與CAD、CAE兩項技術聯用，對汽車模具的優(yōu)化設計和模具制造工作效率的提升至關重要。

3? 汽車生產中智能化模具設計的應用

3.1 汽車保險杠模具設計

保險杠作為汽車零部件的重要成員，用于生產它的模具是汽車生產中常見的大型模具，制作過程中的塑料溶體加工工藝與制作流程非常繁瑣，生產過程中的正確性與合理性更是澆注系統(tǒng)設計的重中之重，塑料壓力、溫度變化都對其影響甚多，可以說直接決定著所出品模具的質量與品質。與此同時，設計澆注系統(tǒng)的過程中必須控制好澆口的數量及位置，確保其符合各項尺寸和形狀的標準及規(guī)定。這個過程中如出現質量問題，Moldfow軟件可對保險杠模型進行CAE模擬分析，能夠有效改善注塑模澆口位置，預防保險杠生產可能出現的各類質量問題。

3.2 汽車燈具模具設計

汽車燈具制造需要一種復雜的曲面注塑模具，屬于高端技術，因市場需求逐年上漲，利潤增多，該磨具的制作專業(yè)性顯著提升。當前，汽車工業(yè)的發(fā)展極速，通過智能化手段對燈具的模具進行升級改造，能夠很好適應市場需求，從而為生產者帶來更多收益。隨著，車燈類型的不斷增多，且美觀度越來越強，曲面流線也更加的復雜，裝配度也更加精細。車燈模具的制造企業(yè)需要積極地引進智能化的設備，提高設計的美感，提升模具制造的精準度及生產效率。

3.3 汽車門把手注塑工藝模擬分析

汽車的塑件壁厚差較大，一般的注塑工藝會使其在壁厚的部分產生較大收縮，整體的表面質量會受到較大的影響，生產過程中需選擇氣鋪注塑成型，利用空氣把圓弧處吹空，同時采取保壓措施，避免表面出現收縮的情況。

3.4 汽車覆蓋件沖壓模具

汽車覆蓋件是汽車重要的零部件，汽車的車身和駕駛室的表面構件均會用到該部件，一般會按照作用部位的不同分為外覆蓋件和內覆蓋件。其中，裸露于車身的統(tǒng)稱為外覆蓋件，包覆在車體的其他位置的統(tǒng)稱為內覆蓋件，車輛的飾品和骨架覆蓋件等汽車零部件多屬于內覆蓋件。作為汽車行駛中的動能來源的引擎，其覆蓋件——引擎罩屬于標準的內覆蓋件（圖2所示），多利用UG軟件平臺，CAD技術&CAE技術協同應用，輔以Dynaform進行專業(yè)的模擬分析，使用VC++編程語言一起完成汽車引擎罩的設計和制造。通常情況來講，汽車覆蓋件的界面設計由UIStyler完成，通過該項技術的使用，其界面風格能夠與UG保持一致，便于設計人員的實操。

3.5 其他沖壓模具

汽車零部件的生產過程中，哪些尺寸較小的零部件的生產與設計，往往采用一模多出的模具設計制作產品，操作一次即可獲得多個產品，產品生產周期大幅縮短，工作效率快速飆升。對比運用CAD/CAE復合技術的模具設計方案，未采用該項方法的模具方案設計，沖壓產品的廢品率明顯較高，模具使用發(fā)生故障的次數也非常多，甚至模具的使用壽命也會會大大縮短。

4? 智能化在汽車沖壓模具設計與制造中存在的問題及分析

智能化為汽車模具的設計和制造帶來了諸多好處，精準度更高、生產周期縮短、預測問題精準、提前解決隱患，但任何事物都不是完美無瑕的，智能化在汽車生產制造中的應用也一樣，智能化在汽車產品的制造與設計中的應用也有其自身的不足。

4.1 缺乏專業(yè)人才? 智能化的汽車生產與制造，離不開計算機技術的支撐，需要實施者具備軟件操作、程序編制的計算機知識，同時還需具備豐富的汽車專業(yè)知識。目前，我國該類型的人才少之又少，多數都知識面單一，難以滿足汽車生產制造與設計的綜合型要求。

4.2 標準化程度低? 目前的汽車生產企業(yè)，各自擁有一套自己的設計標準，汽車模具加工企業(yè)也一樣，這一現狀使計算機軟件在工作中難以形成統(tǒng)一設計標準和制造規(guī)范，導致現有的智能化工具系統(tǒng)集成化和智能化程度過低，造成一定程度的浪費。

4.3 CAD軟件開發(fā)不足? 我國有關汽車生產與制造的智能化手段開發(fā)，與國外的技術相比較為落后。由我國自主研發(fā)的CAD軟件數量依然不足，由國外公司引進的技術多為通用型，其技術相對落后，針對性不足;自主開發(fā)軟件的則開發(fā)周期過長，無法滿足技術的發(fā)展速度。

4.4 管理方式不適宜? 對于汽車行業(yè)，企業(yè)的發(fā)展不止需要專業(yè)技術的加持，管理方式也對企業(yè)的發(fā)展影響頗深，企業(yè)的管理方式對技術進步往往有一定的影響，智能化技術能否在汽車模具設計和制造中發(fā)揮其作用也會有所影響。

5? 結束語

當下，智能化的快速發(fā)展促成了計算機技術在模具設計與制造中更為廣泛的應用，互聯網的飛速發(fā)展加速了世界各國、各個企業(yè)間的交流頻率，汽車模具的設計與制造，特別是三維設計與數字化控制將未來行業(yè)發(fā)展的主流趨勢;將智能化的模具設計與制造過程和項目管理、客戶關系管理、財務系統(tǒng)管理等結合起來，綜合考慮，運用現代化的管理觀念，必將會推動汽車模具行業(yè)的跨越式發(fā)展。

參考文獻：

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