面向MFC造型的汽车覆盖件模具设计 - 文章

面向MFC造型的汽车覆盖件模具设计

作者：同济大学机械工程学院张勇

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摘要本文主要通过讨论在汽车覆盖件的设计中，根据MFC的制造的特点，提出有必要对汽车覆盖件模具设计过程中的一些典型模具结构进行标准化和数字化，以提高汽车覆盖件的生产效率，也就是基于MFC造型的汽车覆盖件模具设计。
关键词汽车覆盖件模具 MFC造型并行工程

1．汽车覆盖件模具

1．1．模具工业的发展

近年来，模具的发展越来越多的被人们所重视，它凝聚了各类高新技术，能快速精密的直接把材料成型、焊接、装配成零部件、组件或产品，其效率、精度、流线、超微型化、节能、环保，以及产品的性能、外观等，都是传统工艺方法所望尘莫及的。模具是现代制造技术的重要装备，它是一个国家或企业的制造水平和生产能力标志。

1．2．汽车覆盖件模具设计的重要意义

汽车覆盖件模具是汽车模具中的重要的组成部分之一，它生产和制造的质量直接影响着汽车的后续生产，同时也是汽车个性化和升级换代的重要保证。因此如何有效的提高汽车覆盖件模具的生产效率就成为了一项非常有意义的工作。

在汽车模具的整个制造过程中，模具的设计过程不仅是一个费时的工作，更是今后进行实际加工的重要依据，根据Dowlatshahi的资料显示：

1、通用汽车公司卡车传动件70%制造成本取决于设计阶段。
2、福特汽车公司的经验：在设计、原材料、劳动力和企业的一般性管理开支四大制造因素中，70%的生产节约来自设计革新。
3、产品设计一般之占产品成本的5%~15%左右，但他决定75%的总制造成本和80%的产品质量和性能。[1]

可以看出设计工作的作用尤为重要，然而在实际工作中往往大量时间都花费在了模具结构的设计上，在型面设计上花费的时间相应就被压缩了，而这正好与我们所需要的相反，因此如何有效的缩短结构设计方面的时间，使工作人员能够将更多的时间用与汽车型面的设计就显得尤为重要。

3．汽车覆盖件模具设计的现状和一般过程

3．1．汽车覆盖件模具设计的现状

在设计中，经常会发生设计人员的设计工作和工艺、制造、装配人员的工作相互冲突的情况，从而引起返工和翻修等额外的工作，这不仅增加了产品生产的成本，而且严重时还会延误工期，延误产品投放市场的时机，导致失去市场竞争力的严重后果。

而这其中最直接的影响应该是设计人员的设计与MFC造型上的冲突，经常会发生设计师的设计MFC造型无法实现，结果造成双方不断的返工和协商修改。

3．2．MFC造型设计

MFC就是消失模铸造（也称实型铸造、台湾称包丽龙铸造）该工艺在国外汽车模具铸件中普遍使用，制作模型是以塑（聚苯乙烯塑料）代木，生产的FMC模型经济适用，节约成本，铸件型面加工余量少，精度高。由于该工艺实体模型铸造，简化了造型工序，铸造时无需起模修型、配箱、落芯等工序，因而铸件毛坯无毛刺、无分型面、型腔网挡、孔位光洁。本工艺适合单件、复杂模体使用，是汽车模具制造的最佳选择。

3．3．汽车覆盖件模具设计的一般过程

汽车覆盖件模具的一般设计过程如下：
1. 根据生产厂家的需求进行模具概念设计分析。
2. 模具工作情况分析，工艺分析，画出工艺图纸。
3. 根据工艺图纸进行模具的结构CAD/CAM造型设计（国外多直接进行3D设计，国内多用2D设计）。
4. CAD/CAM转为NC代码，为数控加工作准备。
5. MFC造型，如有不适当的地方，在转到CAD/CAM设计协调。
6. 浇铸、型面加工。

这里值得注意的是在整个设计过程中，CAD/CAM造型是设计的关键环节，它起到了承上启下的作用，而MFC的重要之处在于它决定着能否将设计师的想法变成现实，所以在实际设计中，这两部分所占的时间比重是最大的，而MFC造型对工人的要求很高，不但要能看懂设计师的设计意图，还要将各个部分用实体表示出来，尤其在国内主要还以2D设计为主现状下，就显得尤为困难，必然要比国外同一工作花费更多的时间。

4．在汽车覆盖件模具设计中引入并行工程思想

4．1．并行工程的概念

并行工程是相对于以往串行生产技术而提出的一种新的产品设计、制造模式，美国防务分析研究所在1988年12月提出了对并行工程的定义：“并行工程是一种系统的集成方法，它采用并行方法处理产品设计及其相关过程，包括制造和支持过程，这种方法力图使产品开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到产品报废的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、作业调度及用户需求”。 [1]从这一定义可以看出并行工程就是要求产品设计人员在进行产品设计的最初阶段就尽可能的考虑到产品整个生命周期的设计思想。

4．2．引入并行工程思想

在传统的汽车覆盖件模具设计中，往往是设计工程师结合厂家需要，发挥自己的聪明才智对模具进行创造性的设计，然而这种“创造性”往往缺少对后续加工的考虑，因此经常导致设计的修改和返工，如果在设计过程中能考虑到MFC制造工程师的习惯和经验，那么就能有效的避免一些不必要的返工，并且由于模具部分结构的标准化，造型设计师可以将更多的精力放在汽车型面的设计上，而这正是设计时需要重点考虑的部分。

为了提高汽车覆盖件的制造效率，降低制造周期，在进行汽车覆盖件的模具设计时，就要遵循并行工程的思想，即要考虑后续加工和将来设计的需要，对设计中涉及产品信息的部分要尽量考虑数字化和标准化。这样一旦模具的3D造型设计完成之后，所有有关设计过程中的标准部件都可以用统计图表的形式表示出来，这样就简化了MFC造型师的工作难度，可以有效的节省看图和造型工作时间。

基于这些考虑，本文对几副典型汽车覆盖件的模具进行了分析，可以看到，除覆盖件的复杂型面以外，模具的其它部分一般来讲具有很大的相似性、对称性，甚至是重复性，如筋板、导板、凸台、吊耳等，这些特性就为在设计中对模具的特征结构进行数字化和标准化带来了很大的可能性和必要性。

表4-1 对几副典型模具的非标准部分结构特点的统计

从表4-1统计的数字可以看出，如果对这些非标准结构部分进行标准化之后，将对今后的设计带来很大的方便，我们在设计中只要调用这些部分然后对其进行必要的参数修改，再进行定位安装就可以实现模具结构的设计（而这些功能在现在流行的如PRO/E，UG，Solidworks等三维造型软件中实现起来应该是较容易的一件事情，因为它们都有自己的标准零件库，我们只要对其进行必要的扩充就可以了）。

这些统计的数字均出自上海荻原汽车模具厂的FMC车间，如果我们在对模具的覆盖件的设计中以MFC车间的模型为主要依据的话，那么这不仅为模具设计带来了方便，而且在模具设计完成之后，就可以立即得到有关设计中上述标准部件使用情况的信息数据。比如，设计中用到了几个凸台，几个圆柱等等，还有它们各自的特征尺寸，这样将得到数据信息进行制表，直接在数据库中与MFC车间实现信息的共享，MFC车间就可以立即根据这些数据信息生产出模型需要的部件，而不需要以往那样分析图纸，这不仅可以减轻MFC车间的工作量和工作难度，从而可以进一步降低汽车覆盖件的生产制造周期，还可以减少MFC材料（聚苯乙烯塑料）的消耗和浪费，即达到了节约能源减少污染环保的目的，也体现了并行工程的制造思想。

5．结论

并行工程的思想是先进制造技术的思想，在制造业发展的今天能否有效利用先进制造技术为企业服务，将决定这企业未来发展的命运。汽车制造作为现代制造业的重点之一，如何有效的与先进制造技术相结合也是一个重要的研究领域。本文通过探讨在汽车覆盖件的设计过程中引入并行工程的思想，为汽车覆盖件的设计思路开辟了一条新的途径，抓住了设计中最耗时的两个工作步骤（模具的CAD/CAM造型设计和MFC造型设计），提出了如何能够更有效的利用并行工程的思想帮助企业节省工作时间，提高工作效率，赢得市场竞争中的宝贵时间。

汽车覆盖件的设计是一项系统而复杂的工作，我们国家在这方面还很缺乏经验，许多工作还处于学习和探索阶段，但是面对现在制造业发展对汽车工业的要求，只有加大力度进行相关的研究工作，才能在今后的国际竞争中更好的保护自己并赢得市场。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/10/2004)


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