智能化模具制造在汽车生产中应用

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摘要：模具制造设与设计是工业生产的基础工艺，在汽车产品应用中更是非常广泛，60%以上的汽车零部件需要利用模具来生产和制造。数字化手段和计算机技术的广泛应用，使汽车模具的制造与设计实现了智能化，同时也对其制造提出更高的要求，传统的汽车模具设计方法受到了一定程度的挑战，本文主要对智能化技术在冲压模具设计与制造中的应用进行分析探讨，以期对相关研究者有一定的参考意义。

关键词：智能化；模具制造；设计；应用；汽车生产

1智能化模具制造与设计的发展现状

21世纪以来，我国的汽车产业得到了十足的发展，增长势头迅猛，已然成为汽车生产与销售的佼佼者，这一切得益于数字化进程和计算机发展的所带来的汽车制造与设计的智能化。纵观整个车身，我们不难发现90%以上的汽车零部件依托于冲压成型方法来完成制造与生产，其设计水平对车辆的性能和质量能直接影响车辆的性能；随着计算机的发展与应用，智能化的模具生产与制造广泛应用，传统的模具设计和制造方法被逐步摒弃。性能好、质量优，生产周期短、制造成本低的，智能化的模具制造与设计，为我国汽车制造与销售的飞速发展提供了先天条件。汽车冲压模具是汽车制造与设计工艺中的重要组成部分，主要指通过冷冲压的加工工艺，将金属原料加工制造成汽车装配零部件的一种装备，主要用于制作车顶覆盖件、车门内板，以及形状尺寸复杂的非标准冲压模具，优势明显。

2汽车生产中智能化模具制造的应用技术

利用计算机外部设备，开展程序设计工作，结合现有的模具设计技术与相辅相成的工艺，整合并运用各类专业技术，对设计工作不断的改进、优化、升级，全面应用高速运算，并承担存储的功能，实现汽车模具设计与制造的智能化应用，已然成为当代汽车模具开发设计人员不可或缺的工具。纵观我国的汽车制造业，辅助设计（CAD）、辅助工程（CAE）、辅助制造（CAM）等三类智能化模具制造的技术基本涵盖了我国现有汽车模具设计和制造的主要智能化技术。

2.1模具辅助设计——CAD技术

CAD作为一项计算机辅助技术，主要作用于机械设计。美、德、日本等先进的发达最早启用该技术，著名的汽车品牌———通用、丰田，都依托于这种作用于模具加工的工具而取得巨大成功。随着相关配套技术的不断完善，标准化功能模块、凹凸模的合理布局等功能逐渐融入CAD技术，使用该项技术的汽车车上企业在机械设计方面取得了质的飞越。Auto-CAD、Pro-E、UGNX、SolidWorks是常见的CAD软件，可在模具设计和制造中承担计算、存储和绘图等工作，在多种计算机操作系统下工作，对CAD系统进行二次开发，建立标准数据库、企业专用标准件库等，能够使汽车模具的设计智能化程度更高。2.2工程辅助设计———CAE技术CAE是一种偏重于模具制造过程分析的技术（过程详见图1），将生产中的不同环节信息集成，用静态和动态的分析手段，解构复杂的产品结构强度、刚度、热传导、弹塑性等，并对其进行优化。Dynaform、AutoForm、HyperWorks、Abaqus、Patran/Nastran、ANSYS是可用于汽车模具设计与制造的CAE软件，能够对零件的设计和制造过程进行冲压工艺分析，预估缺陷，并根据分析结果修改和优化工艺方案，得出最佳的方案。该设想最早由美国通用汽车提出，现已被成熟的应用于汽车模具产品设计的初期，通常与CAD技术联用，对产品的力学和动力学进行仿真模拟，校对模具设计图纸存在的缺陷和错误，进行修正和优化，缩短生产周期同时，产品的不合格率大大降低。2.3制造辅助设计———CAM技术作为一种利用计算机来控制模具生产过程的科学技术，对于是用于连接计算机与制造生产设备而言，CAM技术起到了意义非凡的纽带作用，既承担指导汽车生产规划、控制生产设备和处理运行数据的作用，又同步开展物料流动、产品检测等相关配套工作，还不忘参与仿真和模拟制造，提升、优化生产工艺参数的同时，还能实现发现存在的隐患，提前制定解决方案，使成产过程的失误率大大降低。将该技术多与CAD、CAE两项技术联用，对汽车模具的优化设计和模具制造工作效率的提升至关重要。

3汽车生产中智能化模具设计的应用

3.1汽车保险杠模具设计

保险杠作为汽车零部件的重要成员，用于生产它的模具是汽车生产中常见的大型模具，制作过程中的塑料溶体加工工艺与制作流程非常繁琐，生产过程中的正确性与合理性更是浇注系统设计的重中之重，塑料压力、温度变化都对其影响甚多，可以说直接决定着所出品模具的质量与品质。与此同时，设计浇注系统的过程中必须控制好浇口的数量及位置，确保其符合各项尺寸和形状的标准及规定。这个过程中如出现质量问题，Moldfow软件可对保险杠模型进行CAE模拟分析，能够有效改善注塑模浇口位置，预防保险杠生产可能出现的各类质量问题。

3.2汽车灯具模具设计

汽车灯具制造需要一种复杂的曲面注塑模具，属于高端技术，因市场需求逐年上涨，利润增多，该磨具的制作专业性显著提升。当前，汽车工业的发展极速，通过智能化手段对灯具的模具进行升级改造，能够很好适应市场需求，从而为生产者带来更多收益。随着，车灯类型的不断增多，且美观度越来越强，曲面流线也更加的复杂，装配度也更加精细。车灯模具的制造企业需要积极地引进智能化的设备，提高设计的美感，提升模具制造的精准度及生产效率。

3.3汽车门把手注塑工艺模拟分析

汽车的塑件壁厚差较大，一般的注塑工艺会使其在壁厚的部分产生较大收缩，整体的表面质量会受到较大的影响，生产过程中需选择气铺注塑成型，利用空气把圆弧处吹空，同时采取保压措施，避免表面出现收缩的情况。3.4汽车覆盖件冲压模具汽车覆盖件是汽车重要的零部件，汽车的车身和驾驶室的表面构件均会用到该部件，一般会按照作用部位的不同分为外覆盖件和内覆盖件。其中，裸露于车身的统称为外覆盖件，包覆在车体的其他位置的统称为内覆盖件，车辆的饰品和骨架覆盖件等汽车零部件多属于内覆盖件。作为汽车行驶中的动能来源的引擎，其覆盖件———引擎罩属于标准的内覆盖件（图2所示），多利用UG软件平台，CAD技术&CAE技术协同应用，辅以Dynaform进行专业的模拟分析，使用VC++编程语言一起完成汽车引擎罩的设计和制造。通常情况来讲，汽车覆盖件的界面设计由UIStyler完成，通过该项技术的使用，其界面风格能够与UG保持一致，便于设计人员的实操。

3.5其他冲压模具

汽车零部件的生产过程中，哪些尺寸较小的零部件的生产与设计，往往采用一模多出的模具设计制作产品，操作一次即可获得多个产品，产品生产周期大幅缩短，工作效率快速飙升。对比运用CAD/CAE复合技术的模具设计方案，未采用该项方法的模具方案设计，冲压产品的废品率明显较高，模具使用发生故障的次数也非常多，甚至模具的使用寿命也会会大大缩短。

4智能化在汽车冲压模具设计与制造中存在的问题及分析

智能化为汽车模具的设计和制造带来了诸多好处，精准度更高、生产周期缩短、预测问题精准、提前解决隐患，但任何事物都不是完美无瑕的，智能化在汽车生产制造中的应用也一样，智能化在汽车产品的制造与设计中的应用也有其自身的不足。

4.1缺乏专业人才

智能化的汽车生产与制造，离不开计算机技术的支撑，需要实施者具备软件操作、程序编制的计算机知识，同时还需具备丰富的汽车专业知识。目前，我国该类型的人才少之又少，多数都知识面单一，难以满足汽车生产制造与设计的综合型要求。

4.2标准化程度低

目前的汽车生产企业，各自拥有一套自己的设计标准，汽车模具加工企业也一样，这一现状使计算机软件在工作中难以形成统一设计标准和制造规范，导致现有的智能化工具系统集成化和智能化程度过低，造成一定程度的浪费。4.3CAD软件开发不足我国有关汽车生产与制造的智能化手段开发，与国外的技术相比较为落后。由我国自主研发的CAD软件数量依然不足，由国外公司引进的技术多为通用型，其技术相对落后，针对性不足；自主开发软件的则开发周期过长，无法满足技术的发展速度。

4.4管理方式不适宜

对于汽车行业，企业的发展不止需要专业技术的加持，管理方式也对企业的发展影响颇深，企业的管理方式对技术进步往往有一定的影响，智能化技术能否在汽车模具设计和制造中发挥其作用也会有所影响。

5结束语

当下，智能化的快速发展促成了计算机技术在模具设计与制造中更为广泛的应用，互联网的飞速发展加速了世界各国、各个企业间的交流频率，汽车模具的设计与制造，特别是三维设计与数字化控制将未来行业发展的主流趋势；将智能化的模具设计与制造过程和项目管理、客户关系管理、财务系统管理等结合起来，综合考虑，运用现代化的管理观念，必将会推动汽车模具行业的跨越式发展。

参考文献：

[1]包雅星.模具制造智能化技术在东风模具的应用[J].工业，2016（7）：00186.

[2]侯巧红，杨锋，顾豪.计算机技术在汽车冲压模具设计与制造中的应用研究[J].塑料工业，2018，46（10）：91-94，105.

[3]付林.计算机技术在汽车冲压模具设计与制造中的应用研究[J].汽车设计，2021（3）：81-82.

作者:李添翼 单位:常州市高级职业技术学校