文档介绍：数字制造科学,2003,1(1-4)
钟志华,等. 模块化模具快速制造成套技术与装备研究
模块化模具快速制造成套技术与装备研究
钟志华黄文梅(通信作者) 杨沿平黄智
钟志华黄文梅杨沿平黄智湖南省长沙市 410082 湖南大学机械与汽车工程学院
zhong_zhihua@ hwmcs@
摘要在中国国家科技部攻关计划项目专题———《智能化大型复杂模具设计、制造成套技术与装备的开发和应用示范》资助
下,研发大型模具快速制造成套技术与装备。
模具快速制造成套技术与装备是以模具 CAD 设计模型为基础,并根据其结构特征进行结构分解,将任意复杂的模具整体结
构分解为形状相对简单的模具组件,通过专用自动切割装备和离散型面成型装置实现模具组件的快速制造,通过专用自动组焊装
置,实现模具整体组焊。该设计制造模式称为模块化设计制造。
模具模块化设计包含两层含义:将同类模具的不同功能的结构模块化,即将模具分成若干功能和结构有显著特点的模块,如
拉延模的模架和成型工作部件;同一结构的模块化,即将不同部件模块分成基本模块———模具组件,模具组件包括平面组件和曲
面组件。
所有平面组件均可采用不同厚度钢板切割制成。为实现平面组件的快速制造,研发出一套计算机控制全自动切割装备,该装
置根据排样数据编制切割路径,自动连续地完成板料批切割的全过程。
为快速制造曲面组件,开发出一套离散型面模装备。离散紧密排列的顶杆高度由一个机械手快速准确地调节,顶杆球头包络
面形成上下离散型面模腔,将该成型装备装在压力机上便可方便地成型任意复杂的曲面构件。
模块化组焊模具由功能不同的模具模架、成型工作部件和基础件等模块组合而成。模架设计考虑到通用性,按照规格型号的
大小分为大、中、小等3个等级,尽可能做到多幅模具共用一个模架。模架本体是由许多平面组件组焊而成一个结构体用来支撑
成型工作部件。根据组焊模的结构特征和模架组焊工艺分析,研制出六自由度自动组焊装置完成模块化模具的组焊任务。自动
组焊机械手采用基于工业控制计算机的开放式控制系统体系结构,实施机械手全部信息获取处理和对机械手的自动控制,实现对
模具毛坯模架的上千条焊缝进行全方位的自动焊接。
该项技术成果已成功地应用于汽车产品开发。实践表明,模具快速制造成套技术与装备的应用使模具制造成本大大减少,周
期缩短1/3以上,并且模具品质可满足中小批量生产的要求。
关键词金属成型模具快速制造模块化设计离散成型模自动切割组焊
中图分类号 TG7,TP2
1 引言
在汽车产品更新换代中,车身是变化最快的部分,而车身金属件一般都由金属薄板冲压而成,因此,车身
冲压模具设计制造水平,尤其是大型内外覆盖件模具的设计制造水平对汽车产品的更新换代有独特的影响。
衡量模具设计制造水平的主要指标包括品质、周期和成本等。对新产品开发来说,周期是最重要的指
标,尤其对于试制模具来说,缩短设计制造周期一般都是首要目标。同时,缩短设计制造周期对模具制造商
来说意味着降低成本,对汽车制造商来说意味着产品提前上市。
大型冲压模具设计制造的关键环节包括冲压工艺设计、模具结构设计、毛坯制造、机械加工、抛光与调
试。对于典型的大型拉延模具,设计制造各个环节所需的时间见表1。应当说明,表1反映的是国内目前生
产能力所需的大致时间,它随人员和设备的不同而可能有所不同,其中调试时间可能由于工艺设计不合理而
远远超出表1的上限值。从表1可以看出,毛坯制造环节所需时间占模具设计制造总时间的近一半,因此要
缩短模具设计制造周期,毛坯制造环节是大有潜力可挖的环节。
国家科技部“十五”攻关计划项目(-01)
收稿日期:2003-11-19 第一次退修日期:2003-11-20 定稿日期:2003-11-28
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书
DigitalManufactureScience,2003,1(1-4)
ZhongZhihua,犲狋犪犾:Integratedtechniquesandequipmentsforrapidmanufacturingofmouldswithmodulebaseddesign
表1 中国大陆地区典型拉延模设计制造关键环节所需时间
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毛坯制造
关键环节工艺设计结构设计机械加工抛光与调试总周期
模型铸造
时间/d 2~3 7~10 1