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目標:百分百準確的模具設計

作者:考研  信息來源:無憂機械電子  2013-8-5

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在世界著名的美國Autodie公司,模具設計和開發已進入一個新時代。 Autodie公司40年來一直致力于汽車工業的大型模具設計,主要是側車身模具以及A級表面的設計。 這次重組的關鍵,是由公司副總裁兼首席運營官David Darling呼吁倡導的一個有關模具設計及可制造模型的新理念。我們對模具的開發和仿真非常癡迷,Darling說 :我們...
在世界著名的美國Autodie公司,模具設計和開發已進入一個新時代。他們始終堅持在新技術和培訓上投資,目標是 :推動公司發展,成為沖壓模具工程與制造服務領域的全球領先供應商。

Autodie公司40年來一直致力于汽車工業的大型模具設計,主要是側車身模具以及A級表面的設計。2006年時,公司進行了重組,再次煥發了能量和生機。之后,公司成功贏得了克萊斯勒這個大客戶,現在還和許多汽車OEM商合作。從2007年以來公司每年的收入都以成倍增長

這次重組的關鍵,是由公司副總裁兼首席運營官David Darling呼吁倡導的一個有關模具設計及可制造模型的新理念。“我們對模具的開發和仿真非常癡迷,”Darling說 :“我們承諾提供絕對100%的NC-ready模具設計。這就意味著:那些制造固體模型和把模型制成可適用于機加工的供應商之間的差別,越來越小了。我們希望我們的架構、緊固和機加工模具設計是100%準確的。如果沒法達到這樣的準確性,會導致返工和浪費。”

為可制造模型鋪平道路

但Darling承認:不幸的是,Autodie公司最關注的重心并不一直是技術。在20世紀90年代后期及21世紀初,公司管理層是將技術作為一種商品而不是其業務核心部分來看的。與北美汽車產業供應鏈的許多人那樣,Autodie公司也將模具制造外包給低成本國家。“我們一直持有這種理念,直到2006年,”Darling說。

從2006年開始,Darling及其工程團隊開始致力于重建技術理念,開始對模具設計、從開始到結束的整個架構流程加大控制。到2007年1月,公司已做好了推出新開發流程的準備,主要致力于開發和模擬——將模面交付給選擇好的模具設計公司,再由他們將設計直接送交NC編程

“例如做側車身的光圈設計,”Darling說 :“當您想看NC編程文件時,我們會對外開放設計師正在使用的同一軟件里的同一模具設計。這樣您就可以調用組裝線上的某個具體零件,并真正打開數控刀具路徑工作臺。這就意味著:我們把模具設計與加工連成了一線。”

Darling認為,設計本身可能只占模具總成本的5~10%,但對整個成本的影響力卻是60%的。不過他也承認;“我們永遠不可能像低成本國家做的那樣便宜”。這個現實問題使公司更加追求精益求精,最后的效果也很明顯 :架構模具的勞動時間減少了35%;第一個樣品就符合售賣要求的比率增高了;工程返工時間減少了50%——最后一點尤為驚人,Darling表示 :“這能使我們的流程操作時間減少幾個小時,總的算下來,一個車間平均每年有可能減少50萬個勞動小時。”

一個優良的模具設計標準手冊
將制造體由圖像變成現實的關鍵,是打造一個有許多設計(5或6個)設計室的供應庫,以達到Autodie公司的標準,開發所需的技能。“我們對表面效果非常重視,”Darling說:“特別關注每個模具設計的表面,希望它們可以被直接送往工廠生產。要實現這種設計水平并不容易。我們現在使用的這種設計軟件很新穎。我們還使用了一些非常先進的技術。這不是每個設計公司都能做到的。當然,這些技術還需要進一步提高。“在Autodie公司換用新設計軟件初期,其模具設計標準手冊只有短短幾頁,現在,里面的說明和實例已增加到了165頁,只為了向設計團隊教授新的工作方式,使可加工體可以被直接生產,避免因碰撞和干擾導致的任何再加工。

“在我們真正能夠將此構建制造體理念應用起來前,”Darling說:“我們會花4至6周的時間進行CAD / CAM編程,為用于機加工的模具表面設計做準備。那種消耗時間又“不精密”的加工流程實際上已被淘汰了,我們開始在設計中加入更多新內容。”

在被問及“增加新內容”是否有實例時,Darling舉了一個Autodie公司的獨家應用,比如設計修整后的延伸、沖壓補償及減小半徑。“我們不僅免去了過去在表面設計上耗費的4至6周(用于為數控編程的模具設計做準備),還有時間來進行額外的試驗呢。”

Darling還指出,現在Autodie公司的設計“頗有特色,有助于自動進行計算機圖形輔助三維交互應用(CATIA)。以這種方式設計,能夠簡化開發模具生產線必需的流程,可能使數控編程需要的200小時降低到僅30小時。”

Autodie公司的精益編程方法很多是從公司與菲亞特/克萊斯勒公司的合作關系中形成的。“在這些合作中,我們接觸到了CAD內部工作臺,那可是大多數公司永遠沒法知道的,或是因為成本太高自己沒法獨立運作的,”Darling說:“而且,編程是各方面的聯合體。所以如果一個模具設計改變了(比如在試運行中),不會打破所有的鏈接被迫從頭開始。刀具路徑與它們需要的切割表面永遠地連在一起,所以一旦切割表面改變了,刀具路徑也會相應改變。

為了長遠的未來精益求精

Autodie公司還有其他的精密模具開發工作。從Darling處得知,其公司使用的啟動模塊,頗具特色,能為設計師提供一個良好的起點,有助于他們開發符合其內部標準的模具。
關于Autodie公司的模具開發,還有一個例子:一個完整刃具軌跡的拉延模。公司在精密開發領域付出的努力,為整個流程節省了大量時間——一個廠房每年平均節省50萬個勞動小時。

Darling說:“例如,當一個設計師開始開發一款新模具時,他可以訪問我們軟件中的下拉菜單(那些軟件我們已經進行了定制,防止有人使用不是我們的鋼材供應商提供的原料)。我們也限制了用在這些啟動模塊上的螺栓和銷,那些我們已經備貨完畢。這就阻止了設計師在模塊中隨意標注一些沉孔深度,也不會僅因為要添加存貨要求,就得把匹配螺栓調過來而浪費時間了。相反地,設計師可以指定需用的螺絲和銷(那些我們已經預存有貨)。”

精密高效的模具開發和組裝之旅,具有很大的挑戰性,也非常有意義。Darling總結說:“感謝工程師以及車間員工們努力克服了很多困難,更不用說還有我們的供應商——他們接受了我們的標準,還讓我們培訓了他們的員工。”為此,這家公司成功實現了5年前根本不曾想到的機加工技術革新,那時其庫存的數控設備絕大部分是在上世紀80年代中期安裝的。

Darling說 :“在2006年,我們必須面對的一個顯而易見又容易被忽視的問題就是,如果我們將現有設備現代化,增加切削速度,比如增加到現有的5-10倍,我們就得想清楚究竟要在銑床上加工什么比較好——這正是我們后來取得的重大進展之處——我們最恐懼的是在技術沒有改進的情況下就將車間現代化了,那本來1米/分鐘的出錯率,很可能會變成非常嚴重的15米/分鐘。那么之后很快就會出現大量的碎塊廢料。”

因為數控設備的升級,其開發流程的準確性和穩定性都得到了提高,其客戶數量、購買力、營業額以及利潤,都在不斷提高。

“早在2011年初,我們就發布了一個兩年投資計劃,在新數控設備上投資2400萬美元,”Darling說:“現在這個計劃正在有效地進行中。在我們新增的設備中,有三臺是 3.5米至6米的天橋銑床,配有轉速20000RPM的銑頭,切削速度為 15米/分鐘。還有兩臺是中型臥式加工中心,切削速度15米/分鐘,主軸轉速20000RPM。

“如果能按計劃完成的話,到今年年底,這個生產線流程就會像我們期望的那樣又快又精準了。我們還期望能夠提高海外競爭力,將模具運到海外銷售。”
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