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丰田汽车模具部门介绍及发展方向

六、其他技术

模具材料

丰田的拉延模材料主要采用球墨铸铁而不是目前国内流行的合金铸铁。球墨铸铁焊接性能、可加工性能好、耐磨性能和表面淬火硬度都比较理想,而成本比合金铸铁要低得多了。修边刃口材料,选用型材镶块而不是符型的铸钢,主要是因为铸钢成本要高得多。最值得注意的是,丰田现已经大量采用基体与刃口一体化的特殊铸铁材料作修边模,使模具的机加工成本大为降低。请注意这里的刃口既不堆焊,也不是钢材,铸铁整体刃口只经表面火焰淬火,直接用于几十万次寿命的薄板料修边模。而且这种铸件的成本还不高。

表面处理

丰田的拉延模型面的表面处理,要求较高的采用电镀,其它模,翻边、修边刃口镶块基本上采用火焰淬火。日本目前没有采用离子渗氮技术,据丰田人讲,也有试用的考虑。对厚板料长寿命的刃口材料,丰田采用具有自己专利的特殊钢材,也是火焰淬火。而先加工成型,后整体淬火的方法,由于淬火带来的变形只能靠人工修整,在丰田没有见到使用。

模具生产中的检验

模具是单件生产,保证质量是一件非常困难的事,国内的模具厂大都配备大量的专职工序质检人员,这严重影响生产效率,但质量把关效果还不佳。丰田是怎么做的呢?

工序检验:丰田人认为产品的质量在源头,设计、工艺、编程、机床、刀具才是质量真正的保证,质量是生产出来的而不是检查出来的,因此,模具各序之间没有专职检验,只有自检和互检,质量的把关靠得是每一个生产者。

型面检测:模具的型面也基本没有测量检验。大量的型面检测,如测拉延圆角,拉延筋的修正量,曲面的光顺度等主要是为了模面设计积累经验,而不是为了检验模具质量是否合格。

制件检测:丰田的产品件检查,主要靠三维测量机进行自动数值检测,但他们也做验具,验具只起产品件定位支撑的作用。因此验具结构简单,没有强制卡紧装置,他们的产品件检测几乎是处于自由状态下的检测,这对产品件的符型性是一个非常严格的要求。

七、技术发展动向

前几年我们看到发达国家的汽车模具行业似乎在萎缩。因为,当时认为模具生产离不开人的手工劳动,发达国家具有工资成本高、没有人愿意干这一行等因素,模具行业大有向第三世界转移的趋势。通过丰田的发展,我们有了一些新的认识,模具生产越来越依赖高科技,完全可以把人工劳动降到很低,汽车对模具生产的需求最重要的是高质量和短周期,在大规模汽车生产中,模具本身的成本远远不如模具的使用成本更重要。从这一点上看,目前我们的模具生产不具什么优势,这种工业转移也不会成潮流,这十多年来,我们通过硬件的技术引进得到的技术进步,并没有祢补上因人家更加努力的追求技术进步而带来的新的差距。换个角度说,如果汽车模具行业真的向第三世界转移的话,那一定是个夕阳产业,目前汽车模具在车身材料没有突破性变化的情况下,还是有一定的发展空间和需求的。

重点发展计算机技术

丰田模具制造技术发展的重点,在于突出计算机的应用,越来越多的人从生产现场转移到计算机前。实体设计加上数控编程,取代了人工实型制作和机床操作。精细模面设计和精细数控编程大大减少了钳修,高精度加工取消了模具的研合、修配。现在数控编程人员已超过了现场操作工人,数控编程的工时费用,超过了机床的加工工时费50%,编程的周期超过了机加工周期。计算机技术应用的发展,目前没有降低模具成本,但模具生产已从依赖人的技巧转向数控化的自动、半自动化生产,这种高精度和无人化加工,使模具和产品件的质量有了极大的提高,生产周期大大缩短,计算机技术使模具制造技术又达到了一个新的高度。相比较就可以看出,国内目前的计算机应用还比较初级,并不是我们的机床和软件不行,而是在应用的基础技术上有很大的差距,即使是把丰田的技术全搬来,真正做到那种效果,也不是一件容易的事。

消灭钳工

原来我们认为,模具这种单件生产、型面复杂的产品,离开手工是不可能的,而丰田提出要消灭钳工。消灭钳工是一种目标,主要是指极大减少或完全避免修磨和调整钳工(装配钳工还是要的)。正如我们在前面所介绍的,目前丰田的这一目标已基本实现,除修磨拉延面和拉延凸圆角外,推磨、修模和调配钳修,已大部分属于异常或祢补设计、制造的缺陷,不再是一件必要的和正常的工作。

我们举个例子,拉延模型面的光洁度历来是我们强调的质量标准,过去为达到这一点主要是靠钳工推磨。为减少或不推磨,就要减少铣削刀痕余量,有人主张采用垂直型面加工的五轴铣床,也有采用数控型面磨。这些丰田也都采用过,但实践证明,五轴机床成本高、效率低,编程十分困难,效果也十分不理想。最后,丰田采用高速、小移行的三轴铣削加工方式,得到高精度型面,把圆角人工推磨,而其他型面干脆不修磨,模面带刀痕拉延。结果证明,虽然模面谈不上光洁度(还带刀痕呢),但即使是表面质量要求很高的轿车外板件,除制件内表面有一些拉痕外,对有用的制件外表面没有任何不良影响,就是需要电镀的那些模面,也同样是带刀痕电镀。据说德国和美国有些汽车模具厂也早已废除了型面推磨。这对那些追求模具表面光洁度的人来说,真是命运开了一个大玩笑。同样,对型面凹角采用清亏,立面加工采用30度头防让刀,用不等间隙控制制件成型压力等等各种方法,现在凸凹模的配合精度,使研合和钳修失去意义。

因此,某种意义上的消灭钳工,不再是一个梦。当然,在国内,目前一个模具厂怎样说服用户接受这种带刀痕的模具还是一个大课题。

一体化加工

丰田的机加工车间现场,有三种数控加工线:第一种是由几台床身可互换的数控机床组成的加工线,一条线里包括底面加工、卧铣、粗铣、精铣各种机床,配套分工明确,工件换机床时不必重新装卡找正,这条流水线大约是80年代的产品。第二种是带立体仓库的无人职守的揉性加工机群,这是90年代初的产物。第三种是近年才投入使用的粗精加工一体化、高速、高精度、五面加工中心。第一种加工线,它的单机就是我们目前使用的数控机床,但机床为多工作台式,它的不重新装卡找正方面效率很高,而我们还基本上停留在单机作业的水平上,很值得我们借鉴。对于揉性加工机群,虽然很先进,但操作起来很困难,准备工作和时间很长,如果没有很大量的精加工任务,使用起来并不实用,就是在丰田也是如此,看来这不是一个成功的方向。一体化加工中心是目前正在发展的最新技术,它的优点是,集各种机床优点之大成,除底面加工之外,一次装卡,粗、精、卧,高功率、高精度、高速面面俱到,十八班武艺样样精通,加工效率很高。缺点是机床成本很高,需要环境要求也很高,用它来粗活、重活一起干时是不是很经济呢?还不得而知。但,无疑这是一个很理想主义的技术,代表着数控加工技术的发展,应引起我们的注意。

八、小结

丰田的技术告诉我们:好的模具应该是设计出来的;模具也可以流水线生产;高新技术应用是模具制造技术发展的动力;国内汽车模具业与世界先进水平相比还有较大差距,如果我们不努力,这种差距不是缩小,而是会拉大。

通过上文,我们只是把在丰田公司所看到的一些印象深刻的、与国内对比性比较强的东西简单罗列在一起,并不全面也不细致,希望这些材料能给同行以思考。

我们感到我们与世界先进水平的差距是一种很大的压力,面对世界经济一体化的潮流,你如果不是世界上最好的,你可能在国内也站不住脚。国内的汽车模具厂家不是很多,但却吃不饱,我们高质量模具的市场被周边国家和地区的模具厂占领了,我们不向世界上最先进的模具技术学习,还能生存么?

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