面向MFC造型的汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)

1、面向MFC造型的汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 張勇摘要 本文主要通過討論在汽車覆蓋件的設(shè)計(jì)中，根據(jù)MFC的制造的特點(diǎn)，提出有必要對(duì)汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)過程中的一些典型模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化，以提高汽車覆蓋件的生產(chǎn)效率，也就是基于MFC造型的汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 汽車覆蓋件模具 MFC造型 并行工程 1汽車覆蓋件模具 11模具工業(yè)的發(fā)展 近年來，模具的發(fā)展越來越多的被人們所重視，它凝聚了各類高新技術(shù)，能快速精密的直接把材料成型、焊接、裝配成零部件、組件或產(chǎn)品，其效率、精度、流線、超微型化、節(jié)能、環(huán)保，以及產(chǎn)品的性能、外觀等，都是傳統(tǒng)工藝方法所望塵莫及的。模具是現(xiàn)代制造技術(shù)的重

2、要裝備，它是一個(gè)國家或企業(yè)的制造水平和生產(chǎn)能力標(biāo)志。 12汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)的重要意義 汽車覆蓋件模具是汽車模具中的重要的組成部分之一，它生產(chǎn)和制造的質(zhì)量直接影響著汽車的后續(xù)生產(chǎn)，同時(shí)也是汽車個(gè)性化和升級(jí)換代的重要保證。因此如何有效的提高汽車覆蓋件模具的生產(chǎn)效率就成為了一項(xiàng)非常有意義的工作。 在汽車模具的整個(gè)制造過程中，模具的設(shè)計(jì)過程不僅是一個(gè)費(fèi)時(shí)的工作，更是今后進(jìn)行實(shí)際加工的重要依據(jù)，根據(jù)Dowlatshahi的資料顯示： 1、 通用汽車公司卡車傳動(dòng)件70%制造成本取決于設(shè)計(jì)階段。 2、 福特汽車公司的經(jīng)驗(yàn)：在設(shè)計(jì)、原材料、勞動(dòng)力和企業(yè)的一般性管理開支四大制造因素中，70%的生產(chǎn)節(jié)約來自設(shè)計(jì)

3、革新。 3、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般之占產(chǎn)品成本的5%15%左右，但他決定75%的總制造成本和80%的產(chǎn)品質(zhì)量和性能。1 可以看出設(shè)計(jì)工作的作用尤為重要，然而在實(shí)際工作中往往大量時(shí)間都花費(fèi)在了模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，在型面設(shè)計(jì)上花費(fèi)的時(shí)間相應(yīng)就被壓縮了，而這正好與我們所需要的相反，因此如何有效的縮短結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的時(shí)間，使工作人員能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間用與汽車型面的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。 3汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和一般過程 31汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀 在設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作和工藝、制造、裝配人員的工作相互沖突的情況，從而引起返工和翻修等額外的工作，這不僅增加了產(chǎn)品生產(chǎn)的成本，而且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)延誤工期，

4、延誤產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)機(jī)，導(dǎo)致失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的嚴(yán)重后果。 而這其中最直接的影響應(yīng)該是設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)與MFC造型上的沖突，經(jīng)常會(huì)發(fā)生設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)MFC造型無法實(shí)現(xiàn)，結(jié)果造成雙方不斷的返工和協(xié)商修改。 32MFC造型設(shè)計(jì) MFC就是消失模鑄造（也稱實(shí)型鑄造、臺(tái)灣稱包麗龍鑄造）該工藝在國外汽車模具鑄件中普遍使用，制作模型是以塑（聚苯乙烯塑料）代木，生產(chǎn)的FMC模型經(jīng)濟(jì)適用，節(jié)約成本，鑄件型面加工余量少，精度高。 由于該工藝實(shí)體模型鑄造，簡(jiǎn)化了造型工序，鑄造時(shí)無需起模修型、配箱、落芯等工序，因而鑄件毛坯無毛刺、無分型面、型腔網(wǎng)擋、孔位光潔。本工藝適合單件、復(fù)雜模體使用，是汽車模具制造的最佳選擇。 33汽

5、車覆蓋件模具設(shè)計(jì)的一般過程 汽車覆蓋件模具的一般設(shè)計(jì)過程如下： 1. 根據(jù)生產(chǎn)廠家的需求進(jìn)行模具概念設(shè)計(jì)分析。 2. 模具工作情況分析，工藝分析，畫出工藝圖紙。 3. 根據(jù)工藝圖紙進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)CAD/CAM造型設(shè)計(jì)（國外多直接進(jìn)行3D設(shè)計(jì)，國內(nèi)多用2D設(shè)計(jì)）。 4. CAD/CAM轉(zhuǎn)為NC代碼，為數(shù)控加工作準(zhǔn)備。 5. MFC造型，如有不適當(dāng)?shù)牡胤?，在轉(zhuǎn)到CAD/CAM設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)。 6. 澆鑄、型面加工。 這里值得注意的是在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，CAD/CAM造型是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它起到了承上啟下的作用，而MFC的重要之處在于它決定著能否將設(shè)計(jì)師的想法變成現(xiàn)實(shí)，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中，這兩部分所占的時(shí)間比

6、重是最大的，而MFC造型對(duì)工人的要求很高，不但要能看懂設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，還要將各個(gè)部分用實(shí)體表示出來，尤其在國內(nèi)主要還以2D設(shè)計(jì)為主現(xiàn)狀下，就顯得尤為困難，必然要比國外同一工作花費(fèi)更多的時(shí)間。 4在汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)中引入并行工程思想 41并行工程的概念 并行工程是相對(duì)于以往串行生產(chǎn)技術(shù)而提出的一種新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造模式，美國防務(wù)分析研究所在1988年12月提出了對(duì)并行工程的定義：“并行工程是一種系統(tǒng)的集成方法，它采用并行方法處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過程，包括制造和支持過程，這種方法力圖使產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始就能考慮到產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品報(bào)廢的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、作業(yè)調(diào)度

7、及用戶需求”。 1從這一定義可以看出并行工程就是要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段就盡可能的考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期的設(shè)計(jì)思想。 42引入并行工程思想 在傳統(tǒng)的汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)中，往往是設(shè)計(jì)工程師結(jié)合廠家需要，發(fā)揮自己的聰明才智對(duì)模具進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，然而這種“創(chuàng)造性”往往缺少對(duì)后續(xù)加工的考慮，因此經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)計(jì)的修改和返工，如果在設(shè)計(jì)過程中能考慮到MFC制造工程師的習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)，那么就能有效的避免一些不必要的返工，并且由于模具部分結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，造型設(shè)計(jì)師可以將更多的精力放在汽車型面的設(shè)計(jì)上，而這正是設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的部分。 為了提高汽車覆蓋件的制造效率，降低制造周期，在進(jìn)行汽車覆蓋件的模

8、具設(shè)計(jì)時(shí)，就要遵循并行工程的思想，即要考慮后續(xù)加工和將來設(shè)計(jì)的需要，對(duì)設(shè)計(jì)中涉及產(chǎn)品信息的部分要盡量考慮數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化。這樣一旦模具的3D造型設(shè)計(jì)完成之后，所有有關(guān)設(shè)計(jì)過程中的標(biāo)準(zhǔn)部件都可以用統(tǒng)計(jì)圖表的形式表示出來，這樣就簡(jiǎn)化了MFC造型師的工作難度，可以有效的節(jié)省看圖和造型工作時(shí)間。 基于這些考慮，本文對(duì)幾副典型汽車覆蓋件的模具進(jìn)行了分析，可以看到，除覆蓋件的復(fù)雜型面以外，模具的其它部分一般來講具有很大的相似性、對(duì)稱性，甚至是重復(fù)性，如筋板、導(dǎo)板、凸臺(tái)、吊耳等，這些特性就為在設(shè)計(jì)中對(duì)模具的特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化帶來了很大的可能性和必要性。表4-1 對(duì)幾副典型模具的非標(biāo)準(zhǔn)部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)

9、從表4-1統(tǒng)計(jì)的數(shù)字可以看出，如果對(duì)這些非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化之后，將對(duì)今后的設(shè)計(jì)帶來很大的方便，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中只要調(diào)用這些部分然后對(duì)其進(jìn)行必要的參數(shù)修改，再進(jìn)行定位安裝就可以實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（而這些功能在現(xiàn)在流行的如PRO/E，UG，Solidworks等三維造型軟件中實(shí)現(xiàn)起來應(yīng)該是較容易的一件事情，因?yàn)樗鼈兌加凶约旱臉?biāo)準(zhǔn)零件庫，我們只要對(duì)其進(jìn)行必要的擴(kuò)充就可以了）。 這些統(tǒng)計(jì)的數(shù)字均出自上海荻原汽車模具廠的FMC車間，如果我們?cè)趯?duì)模具的覆蓋件的設(shè)計(jì)中以MFC車間的模型為主要依據(jù)的話，那么這不僅為模具設(shè)計(jì)帶來了方便，而且在模具設(shè)計(jì)完成之后，就可以立即得到有關(guān)設(shè)計(jì)中上述標(biāo)準(zhǔn)部件使用情況的信息

10、數(shù)據(jù)。比如，設(shè)計(jì)中用到了幾個(gè)凸臺(tái)，幾個(gè)圓柱等等，還有它們各自的特征尺寸，這樣將得到數(shù)據(jù)信息進(jìn)行制表，直接在數(shù)據(jù)庫中與MFC車間實(shí)現(xiàn)信息的共享，MFC車間就可以立即根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息生產(chǎn)出模型需要的部件，而不需要以往那樣分析圖紙，這不僅可以減輕MFC車間的工作量和工作難度，從而可以進(jìn)一步降低汽車覆蓋件的生產(chǎn)制造周期，還可以減少M(fèi)FC材料（聚苯乙烯塑料）的消耗和浪費(fèi)，即達(dá)到了節(jié)約能源減少污染環(huán)保的目的，也體現(xiàn)了并行工程的制造思想。 5結(jié)論 并行工程的思想是先進(jìn)制造技術(shù)的思想，在制造業(yè)發(fā)展的今天能否有效利用先進(jìn)制造技術(shù)為企業(yè)服務(wù)，將決定這企業(yè)未來發(fā)展的命運(yùn)。汽車制造作為現(xiàn)代制造業(yè)的重點(diǎn)之一，如何有效的與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合也是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。本文通過探討在汽車覆蓋件的設(shè)計(jì)過程中引入并行工程的思想，為汽車覆蓋件的設(shè)計(jì)思路開辟了一條新的途徑，抓住了設(shè)計(jì)中最耗時(shí)的兩個(gè)工作步驟（模具的CAD/CAM造型設(shè)計(jì)和MFC造型設(shè)計(jì)）