模面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制

豐田的設(shè)計(jì)部門除手工勾畫草圖以外，設(shè)計(jì)已全部計(jì)算機(jī)化，一般設(shè)計(jì)人員除一臺(tái)工作站外還有一臺(tái)筆記本電腦。但，真正創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)還是靠人腦，特別是靠人的經(jīng)驗(yàn)積累。豐田特別強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制：只有集體的經(jīng)驗(yàn)不能有只屬于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，比如：資料的統(tǒng)一管理，草圖設(shè)計(jì)的小組討論，圖紙的多部門集體審核，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的經(jīng)常性增改等等。經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制是豐田能夠不斷提高模面精細(xì)設(shè)計(jì)的主要手段。比如：模具加工完成之后，一般模具型面不用研合，刃口不必對(duì)間隙，鉗工只負(fù)責(zé)安裝，在初次試模時(shí)也不能隨便修調(diào)模具，調(diào)試模具有模面設(shè)計(jì)人員在場(chǎng)，初次試模缺陷需要記錄下來。最后的休整結(jié)果，象拉延筋、拉延圓角變動(dòng)、對(duì)稱件的不對(duì)稱現(xiàn)象等，還要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。這些資料的積累、整理、分析、存檔，都是模面設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)積累，并隨時(shí)加入到下一次的設(shè)計(jì)中去。

豐田的模具設(shè)計(jì)和調(diào)試過程，真正做到了是一個(gè)閉環(huán)制造系統(tǒng)，借助于這種自我完善的經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制，模具的設(shè)計(jì)越來越精細(xì)，越來越準(zhǔn)確。

間隙圖設(shè)計(jì)

在豐田，模面設(shè)計(jì)實(shí)際上是由曲面造型和nc編程兩部分共同完成的，為了傳達(dá)和描述模面設(shè)計(jì)思想，就產(chǎn)生了除dl圖、模具圖之外的第三種圖——間隙圖也叫質(zhì)量保證圖。

間隙圖本人在以前還沒有見識(shí)過，這可能是豐田的一種創(chuàng)造。模具的設(shè)計(jì)不是單純?yōu)榱嗽O(shè)計(jì)出一種機(jī)器，能夠完成它一定的動(dòng)作就完了（這只能叫作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），模具設(shè)計(jì)的最終目的是為了保證它所壓出的產(chǎn)品件是合格的高質(zhì)量的，間隙圖就是這樣一種專為保證產(chǎn)品件質(zhì)量的圖。質(zhì)量保證圖中，主要包括這樣幾項(xiàng)內(nèi)容：模具實(shí)際符型面區(qū)域、各個(gè)符型區(qū)域的間隙值、工藝要求的模面變化情況、拉延圓角的變化、各種模面的挖空等等。凡是無法通過曲面造型實(shí)現(xiàn)的模面設(shè)計(jì)，都通過間隙圖的傳達(dá)，依靠nc編程的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，在這里nc編程也不再是單純的實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的加工，它實(shí)際上也參與到模面設(shè)計(jì)中來了。因此，間隙圖的應(yīng)用也是精細(xì)模面設(shè)計(jì)的一種必然。

大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)模具的影響

豐田的生產(chǎn)規(guī)模是世界一流的，它在模具設(shè)計(jì)如何適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

提高材料利用率：對(duì)于大批量汽車生產(chǎn)來說，提高板料的利用率是模具設(shè)計(jì)的第一大事。只要把材料利用率提高幾個(gè)百分點(diǎn)，模具的成本就可乎略不計(jì)了。如果一套模具40萬人民幣，只相當(dāng)于100噸鋼板的價(jià)格，以壽命50萬件計(jì)算，平均每件節(jié)約0．2kg鋼板，就足可節(jié)約出這套模具費(fèi)用了。

減少?zèng)_壓工序：模具設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是，零件的合并，左右對(duì)稱件合模，前后順序件合模等等，原來幾個(gè)件合成一個(gè)件，不同的件合在一套模，模具越來越大，單件工序大大減少，整車模具數(shù)量越來越少，這對(duì)降低沖壓的成本起關(guān)鍵作用。例如：豐田把整車制件的模具系數(shù)，由過去的3點(diǎn)幾降到2左右。

沖壓自動(dòng)化：為適應(yīng)沖壓線完全自動(dòng)化，模具必須考慮機(jī)械手上下料，廢料的自動(dòng)排出，氣動(dòng)、自動(dòng)和傳感裝置普遍采用等等。

模具的快速裝換：沖壓線的換模時(shí)間，也成為一個(gè)模具設(shè)計(jì)必須考慮的問題。如：拉延模完全以單動(dòng)代替雙動(dòng)，模具自動(dòng)卡緊，換模不換氣頂桿等等。

四、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工

設(shè)計(jì)有兩種目的：一個(gè)是面向設(shè)計(jì)本身，一個(gè)是面向制造。設(shè)計(jì)者在畫圖過程中逐步完善自己的設(shè)計(jì)思路，圖畫完了，自己也清楚了，因此圖紙首先要設(shè)計(jì)者自己看得方便，并使設(shè)計(jì)的工作效率高。另一方面，設(shè)計(jì)要面向制造，以提高生產(chǎn)效率為最終目的。

我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到不同的生產(chǎn)工藝流程決定了圖紙的表達(dá)形式。傳統(tǒng)的模具總裝圖加零件圖的形式，適應(yīng)的是非框架結(jié)構(gòu)的模具生產(chǎn)。采用大型數(shù)控銑加工以后，模具總成圖成為更好的形式。在全面應(yīng)用cad設(shè)計(jì)之后，如果生產(chǎn)方式?jīng)]變，那么二維設(shè)計(jì)和總圖設(shè)計(jì)也不會(huì)變，只是把圖板換成了屏幕和鍵盤。我公司在97年曾一度改二維設(shè)計(jì)為三維實(shí)體設(shè)計(jì)，然而效果并不好，設(shè)計(jì)效率降低、生產(chǎn)上也沒有得多少實(shí)惠。

豐田在cad三維實(shí)體設(shè)計(jì)與制造緊密相配合方面為我們提供了比較成功的經(jīng)驗(yàn)。

實(shí)體設(shè)計(jì)

豐田的模具設(shè)計(jì)已全部采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)，應(yīng)用的軟件為enginner。

模面設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分開：豐田把模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模面設(shè)計(jì)完全分開的，前者是實(shí)體設(shè)計(jì)，后者仍然是曲面設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中模面部分只是示意性的，可用于實(shí)型加工，不能用于模具加工。這種分工大大簡(jiǎn)化了模具實(shí)體設(shè)計(jì)，這種簡(jiǎn)化對(duì)三維實(shí)體設(shè)計(jì)的成敗很重要。

取消二維圖紙：尺寸標(biāo)注大約占繪圖工作量的40％，豐田不繪制傳統(tǒng)意義上的二維圖紙，也就完全省去了這一部分的工作量。取而代之的是根據(jù)各工序需要，給出必須的三維立體簡(jiǎn)圖，和標(biāo)注必要尺寸的平面簡(jiǎn)圖。如果從三維設(shè)計(jì)出發(fā)，最終得二維圖的結(jié)果，那把一個(gè)三維實(shí)體轉(zhuǎn)變成符合人看圖習(xí)慣的二維圖，將是非常費(fèi)時(shí)、費(fèi)事的，設(shè)計(jì)出的實(shí)體變得毫無價(jià)值，這顯然違背了實(shí)體設(shè)計(jì)的初衷，豐田的成功之處就是沒有這么做。

搭積木和編輯式設(shè)計(jì)：三維實(shí)體設(shè)計(jì)采用搭積木式設(shè)計(jì)，依靠三維標(biāo)準(zhǔn)件和典型結(jié)構(gòu)庫(kù)，使模具結(jié)構(gòu)極大的標(biāo)準(zhǔn)化，變二維繪圖構(gòu)思為三維立體布置。同時(shí)大量借用已有的相似模具結(jié)構(gòu)，經(jīng)過簡(jiǎn)單編輯、修改，完成新模設(shè)計(jì)。這對(duì)設(shè)計(jì)者來說，是觀念上的一場(chǎng)革命，如果還墨守成規(guī)，先畫平面圖再生成立體型，那三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)就成了負(fù)擔(dān)，效率太低了。

干涉檢查：在二維設(shè)計(jì)中，往往設(shè)計(jì)者并沒有真正的建立起三維的模具形象，對(duì)復(fù)雜的空間問題只能靠斷面圖，一旦經(jīng)驗(yàn)不足，考慮不周，空間干涉就再所難免。三維實(shí)體設(shè)計(jì)最直接的好處，就是非常直觀方便的干涉檢查，甚至可以作運(yùn)動(dòng)干涉分析。以往二維圖設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)老大難問題，在實(shí)體設(shè)計(jì)面前迎刃而解。

實(shí)體設(shè)計(jì)中的刪繁就簡(jiǎn)：實(shí)體設(shè)計(jì)直接面向制造，它所設(shè)計(jì)的繁簡(jiǎn)因加工需要而定，完全不必考慮人的看圖習(xí)慣。比如：鑄件的倒角，在加工中凹角靠刀具完成，凸角靠人工修整，所以，設(shè)計(jì)中就不必做了；又如：標(biāo)準(zhǔn)件，完全是采購(gòu)件，在設(shè)計(jì)中也可以變成示意性的簡(jiǎn)單幾何體等等。還有許多設(shè)計(jì)工作，實(shí)際上是靠后序的工藝規(guī)范完成的，如螺釘孔位置，鑲塊形狀等。因加工需要而設(shè)計(jì)是最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。

半自動(dòng)設(shè)計(jì)：豐田在實(shí)體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)拉延模等一些結(jié)構(gòu)典型而標(biāo)準(zhǔn)化比較高的模具，已經(jīng)開發(fā)出具有一定功能的輔助程序，做到半自動(dòng)設(shè)計(jì)。比如：拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都交給，新手、女職員來完成，設(shè)計(jì)一套模全部工作也用不了一周時(shí)間。

實(shí)型數(shù)控加工

實(shí)體設(shè)計(jì)的第一個(gè)用途，就是鑄件泡沫實(shí)型完全采用數(shù)控加工。豐田的實(shí)型模是用一整塊矩形泡沫數(shù)控加工出來的。實(shí)型的數(shù)控化加工生產(chǎn)，就是通過對(duì)實(shí)體模型的工藝編輯（如：加工面貼加工余量，模型分層編輯等），再經(jīng)過數(shù)控編程，泡沫毛坯下料，數(shù)控加工，人工粘接和修整等幾道工序完成的。在豐田，實(shí)型的生產(chǎn)員工，已完全從手工制作轉(zhuǎn)變到大量的數(shù)控編程上來了，現(xiàn)場(chǎng)的簡(jiǎn)單人工粘接和修整工作，由臨時(shí)工所充當(dāng)。實(shí)型的數(shù)控化生產(chǎn)直接得利于實(shí)體設(shè)計(jì)，而又提高了鑄件的精度，為后序的精細(xì)加工帶來極大的優(yōu)勢(shì)。

構(gòu)造面數(shù)控加工

模具構(gòu)造面就是模具型面以外的機(jī)加工面，如：導(dǎo)向面、鑲塊安裝面、螺釘孔、其他需加工面等等。這些在豐田也都是靠編程，數(shù)控加工出來的。實(shí)體設(shè)計(jì)為模具的構(gòu)造面數(shù)控編程加工帶來了可能。構(gòu)造面加工編程化，可以大大提高機(jī)加工效率，減少現(xiàn)場(chǎng)的人為操作失誤，提高加工的自動(dòng)化程度。當(dāng)然要做到這一點(diǎn)，除實(shí)體設(shè)計(jì)之外，還要作許多工作，如：自動(dòng)對(duì)刀、刀具管理、加工參數(shù)、編程經(jīng)驗(yàn)等等，這方面我們與豐田的差距就更大，沒有這些基礎(chǔ)，構(gòu)造面的編程加工是不可能的。

豐田通過實(shí)體設(shè)計(jì)真正做到在模具結(jié)構(gòu)上的cad／cam一體化，也只有一體化，取消繪制二維圖的束縛，實(shí)體設(shè)計(jì)才顯示出的它的價(jià)值，兩者應(yīng)該同步發(fā)展相宜得彰，這就是豐田為我們提供的經(jīng)驗(yàn)。

五、高精度加工

模面的加工是模具加工的重點(diǎn)，豐田在近年來大力發(fā)展高精度模面加工技術(shù)，取得了讓人耳目一新的成果。

型面的高精度加工

型面高精度加工主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：提高模面加工精度、提高加工到位程度、實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)設(shè)計(jì)。高精度加工除機(jī)床精度和刀具的管理外，主要是靠編程技術(shù)的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)的。

加工方法包括等高線加工、最大長(zhǎng)度順向走刀加工，精加工走刀移行密度達(dá)到0．3mm，同時(shí)改垂直刀為30度角的高速加工等等方法，以提高加工精度。

同時(shí)在凹角清根、凸圓角加工到位、控制模具配合的不等距間隙、最大可能的縮小符型面方面都要加工到位，以實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)加工。

二維刃口的高精度加工

豐田的二維刃口鑲塊加工，采用在專用的鑲塊加工流水線上，單塊加工成活，加工精度可以達(dá)到按銷定位裝配，合模無須對(duì)間隙的程度。當(dāng)二維刃口整體加工時(shí)，也采用在線測(cè)量的方法來保證凸凹模的合模間隙，二維刃口的高精度最大的好處是能保證制件的修邊毛刺得到很好的控制。

高精度加工的效果

豐田通過高精度加工，使模具精度達(dá)到了模面的少鉗工、無鉗工化的目標(biāo)。豐田的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中，由機(jī)加工完成之后到第一次試模之間，只有七個(gè)鉗工工作日，它基本是鉗工裝配時(shí)間，而沒有鉗工修磨工時(shí)。在豐田，模具一經(jīng)加工完成，基本上不用修圓角、不用開間隙、不用修清根，不對(duì)刃口，不研合，甚至拉延模的型面都不用去刀痕、不推磨，唯一的鉗修就是用油石推磨拉延凸圓角和壓料拉延面。而且第一次試模，無須修模的試壓制件合格率都達(dá)到80％以上。如果不是親眼所見難以讓人置信，這就是精細(xì)模面設(shè)計(jì)和高精度加工的威力。