模面設(shè)計經(jīng)驗積累機制

豐田的設(shè)計部門除手工勾畫草圖以外，設(shè)計已全部計算機化，一般設(shè)計人員除一臺工作站外還有一臺筆記本電腦。但，真正創(chuàng)造性的設(shè)計還是靠人腦，特別是靠人的經(jīng)驗積累。豐田特別強調(diào)經(jīng)驗積累機制：只有集體的經(jīng)驗不能有只屬于個人的經(jīng)驗，比如：資料的統(tǒng)一管理，草圖設(shè)計的小組討論，圖紙的多部門集體審核，設(shè)計標準、規(guī)范的經(jīng)常性增改等等。經(jīng)驗積累機制是豐田能夠不斷提高模面精細設(shè)計的主要手段。比如：模具加工完成之后，一般模具型面不用研合，刃口不必對間隙，鉗工只負責安裝，在初次試模時也不能隨便修調(diào)模具，調(diào)試模具有模面設(shè)計人員在場，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、對稱件的不對稱現(xiàn)象等，還要進行現(xiàn)場測量。這些資料的積累、整理、分析、存檔，都是模面設(shè)計的經(jīng)驗積累，并隨時加入到下一次的設(shè)計中去。

豐田的模具設(shè)計和調(diào)試過程，真正做到了是一個閉環(huán)制造系統(tǒng)，借助于這種自我完善的經(jīng)驗積累機制，模具的設(shè)計越來越精細，越來越準確。

間隙圖設(shè)計

在豐田，模面設(shè)計實際上是由曲面造型和nc編程兩部分共同完成的，為了傳達和描述模面設(shè)計思想，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過，這可能是豐田的一種創(chuàng)造。模具的設(shè)計不是單純?yōu)榱嗽O(shè)計出一種機器，能夠完成它一定的動作就完了（這只能叫作結(jié)構(gòu)設(shè)計），模具設(shè)計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，主要包括這樣幾項內(nèi)容：模具實際符型面區(qū)域、各個符型區(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現(xiàn)的模面設(shè)計，都通過間隙圖的傳達，依靠nc編程的設(shè)計來實現(xiàn)，在這里nc編程也不再是單純的實現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的加工，它實際上也參與到模面設(shè)計中來了。因此，間隙圖的應(yīng)用也是精細模面設(shè)計的一種必然。

大規(guī)模生產(chǎn)對模具的影響

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。

提高材料利用率：對于大批量汽車生產(chǎn)來說，提高板料的利用率是模具設(shè)計的第一大事。只要把材料利用率提高幾個百分點，模具的成本就可乎略不計了。如果一套模具40萬人民幣，只相當于100噸鋼板的價格，以壽命50萬件計算，平均每件節(jié)約0．2kg鋼板，就足可節(jié)約出這套模具費用了。

減少沖壓工序：模具設(shè)計的趨勢是，零件的合并，左右對稱件合模，前后順序件合模等等，原來幾個件合成一個件，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點幾降到2左右。

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

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

四、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加工

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

我們應(yīng)當認識到不同的生產(chǎn)工藝流程決定了圖紙的表達形式。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)計之后，如果生產(chǎn)方式?jīng)]變，那么二維設(shè)計和總圖設(shè)計也不會變，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)計為三維實體設(shè)計，然而效果并不好，設(shè)計效率降低、生產(chǎn)上也沒有得多少實惠。

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

實體設(shè)計

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

模面設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的分開：豐田把模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與模面設(shè)計完全分開的，前者是實體設(shè)計，后者仍然是曲面設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中模面部分只是示意性的，可用于實型加工，不能用于模具加工。這種分工大大簡化了模具實體設(shè)計，這種簡化對三維實體設(shè)計的成敗很重要。

取消二維圖紙：尺寸標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圖，和標注必要尺寸的平面簡圖。如果從三維設(shè)計出發(fā)，最終得二維圖的結(jié)果，那把一個三維實體轉(zhuǎn)變成符合人看圖習(xí)慣的二維圖，將是非常費時、費事的，設(shè)計出的實體變得毫無價值，這顯然違背了實體設(shè)計的初衷，豐田的成功之處就是沒有這么做。

搭積木和編輯式設(shè)計：三維實體設(shè)計采用搭積木式設(shè)計，依靠三維標準件和典型結(jié)構(gòu)庫，使模具結(jié)構(gòu)極大的標準化，變二維繪圖構(gòu)思為三維立體布置。同時大量借用已有的相似模具結(jié)構(gòu)，經(jīng)過簡單編輯、修改，完成新模設(shè)計。這對設(shè)計者來說，是觀念上的一場革命，如果還墨守成規(guī)，先畫平面圖再生成立體型，那三維設(shè)計的優(yōu)勢就成了負擔，效率太低了。

干涉檢查：在二維設(shè)計中，往往設(shè)計者并沒有真正的建立起三維的模具形象，對復(fù)雜的空間問題只能靠斷面圖，一旦經(jīng)驗不足，考慮不周，空間干涉就再所難免。三維實體設(shè)計最直接的好處，就是非常直觀方便的干涉檢查，甚至可以作運動干涉分析。以往二維圖設(shè)計時的一個老大難問題，在實體設(shè)計面前迎刃而解。

實體設(shè)計中的刪繁就簡：實體設(shè)計直接面向制造，它所設(shè)計的繁簡因加工需要而定，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)計中就不必做了；又如：標準件，完全是采購件，在設(shè)計中也可以變成示意性的簡單幾何體等等。還有許多設(shè)計工作，實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)計是最經(jīng)濟的設(shè)計。

半自動設(shè)計：豐田在實體設(shè)計的基礎(chǔ)上，對拉延模等一些結(jié)構(gòu)典型而標準化比較高的模具，已經(jīng)開發(fā)出具有一定功能的輔助程序，做到半自動設(shè)計。比如：拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計一般都交給，新手、女職員來完成，設(shè)計一套模全部工作也用不了一周時間。

實型數(shù)控加工

實體設(shè)計的第一個用途，就是鑄件泡沫實型完全采用數(shù)控加工。豐田的實型模是用一整塊矩形泡沫數(shù)控加工出來的。實型的數(shù)控化加工生產(chǎn)，就是通過對實體模型的工藝編輯（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)場的簡單人工粘接和修整工作，由臨時工所充當。實型的數(shù)控化生產(chǎn)直接得利于實體設(shè)計，而又提高了鑄件的精度，為后序的精細加工帶來極大的優(yōu)勢。

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。實體設(shè)計為模具的構(gòu)造面數(shù)控編程加工帶來了可能。構(gòu)造面加工編程化，可以大大提高機加工效率，減少現(xiàn)場的人為操作失誤，提高加工的自動化程度。當然要做到這一點，除實體設(shè)計之外，還要作許多工作，如：自動對刀、刀具管理、加工參數(shù)、編程經(jīng)驗等等，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。

豐田通過實體設(shè)計真正做到在模具結(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，實體設(shè)計才顯示出的它的價值，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。

五、高精度加工

模面的加工是模具加工的重點，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)在這樣幾個方面：提高模面加工精度、提高加工到位程度、實現(xiàn)模面的精細設(shè)計。高精度加工除機床精度和刀具的管理外，主要是靠編程技術(shù)的改進來實現(xiàn)的。

加工方法包括等高線加工、最大長度順向走刀加工，精加工走刀移行密度達到0．3mm，同時改垂直刀為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，以實現(xiàn)模面的精細加工。

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，加工精度可以達到按銷定位裝配，合模無須對間隙的程度。當二維刃口整體加工時，也采用在線測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，使模具精度達到了模面的少鉗工、無鉗工化的目標。豐田的標準計劃中，由機加工完成之后到第一次試模之間，只有七個鉗工工作日，它基本是鉗工裝配時間，而沒有鉗工修磨工時。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到80％以上。如果不是親眼所見難以讓人置信，這就是精細模面設(shè)計和高精度加工的威力。