工程农机冲压件多品种小批量生产时的矛盾与对策.doc

工程农机冲压件多品种小批量生产时的矛盾与对策 兰州手扶拖 拉机厂 幸育忠 -Mission Vision Mold & Plastic (MVMP; Sino Vision Vehicle & Service Co., Limited)米微模具塑料厂转摘 Date: 20091010摘要分析了工程农机冲压件多品种小批量生产时的矛盾，提出 了解决矛盾的对策及其实现的具体途径。 关键词冲压件小批生产矛盾对策 不同行业不同产品对生产批量的划分是不同的，一般分极小、小、中、大、极大5个等 级。对于工程农机行业来说，不妨以月产量5001 000件、总产量5 000件或不可预计者 为小批。 1工程农机冲压件多品种、小批量生产时的矛盾与对策 工程农机的生产是微利生产，因冲压加工生产率最高且质量稳定，故为了降低成本，厂家总 是希望尽可能多的零件采用冲压加工。然而，冲压模具是技术密集、劳动密集和资金密集 产品，制造周期长、花钱多，随着批量的变小，模具折旧费在冲压件成本中所占比重就急剧 上升。同时，又因开发新产品的设计还未成熟，图样修改在所难免，市场前景也不明朗，所 以厂家对冲压模具的投入都比较谨慎。由此，小批生产工程农机冲压件的矛盾有二：一是大的模具需求与小的资金投入之间的矛盾 ；二是快的产品开发需求与长的制模周期之间的矛盾。小批生产用冲压模具的特征是简易、快速、经济、实用，而不是复杂、高效、精密、长寿。解决矛盾的对策，首先是对模具进行“减量”，其次是在减量的基础上进行“减价”。即使 用最少的模具，花最少的钱，以求最快地造出产品。 2模具“减量”的途径 2.1冲压件设计标准化，模具设计通用化 2.1.1同类产品同功能冲压件应进行标准化设计。如发动机的油箱和油底壳，小型拖 拉机的机罩、皮带轮罩和挡泥板，农用车的驾驶室、货箱、挡风板和板簧座、板簧吊耳以及 各种行走机构的钢圈、辐板等。通过套用标准化了的冲压件，并加以巧妙组合，既能 生产出各具特色的产品，又能大幅度减少模具数量。 2.1.2在冲压件结构要素(如冲孔、 冲缺、 剪角、剪圆头的尺寸和弯曲半径、 角度 、 开档大小等)标准化的基础上， 开发多用、 通用、 组合模具。 企业应建立自己的标准 ， 设计部门按企标设计冲压件结构， 工艺部门审查把关， 并在此基础上利用成组技术开 发多用、 通用、 组合模具。 这样， 可使大量简单工序轻而易举地利用现有模具生产， 从而减少专用模具数量。 2.1.3冲压件设计应符合冲压工艺标准。如金 属冷冲压件设计应符 合标 准JB4378-87，精密冲裁件设计应符合标准JB/Z272-86。当符合标准的冲压件具有良好的 结构工艺性时，就能以最少的工序和模具冲压出来。因为符合产品行业标准的冲压件通常都 有成熟工艺，所以，也容易外购。实现冲压件设计标准化知易行难，它需要行业之间、设计与工艺之间打破封闭局面，团结协 调，共谋发展，才能取得成效。 2.2冲压件生产专业化对供方来说，冲压件生产专业化能充分发挥设备和模具的利用率，变小、中批生产为中、大 批生产，从而产生良好的规模效益。对需方来说，能有效减少模具数量，廉价而及时地从市 场上买到所需的冲压件，从而加速新产品开发并降低成本。冲压件生产专业化在我国正稳步发展，苏、浙、鲁、冀、皖、湘诸省都相继出现了一些冲压 件专业厂家。它们分别生产汽车、农用车和拖拉机的覆盖件及发动机的油底壳、油箱等，产 销形势良好。笔者认为，当前工程农机主机厂应掌握信息，转变观念。在扩大生产时，坚决放弃“自制件 越多越好，件件自力更生”的陈旧观点，放手到市场上采购所需冲压件。冲压件专业生产厂 也要增加品种，提高质量，大力促销，求得与主机厂共同发展。 2.3冲压加工柔性化这是当代自动、高效、少用甚至不用模具加工板材的先进方法，能使小批量、多品种冲压中 的诸多矛盾得到化解。板材加工业的发展大致分为4个阶段：第一阶段为手工操作的普通机床单机加工。我国99%的冲压生产均停留于此，绝大部分复杂 工件的成形只能依赖于此。第二阶段为数控机床单机加工(CNC)，可使一些特定工序的冲压变为柔性化和自动化。例如 ，当今数控步冲压力机依型号不同可有960个工位，能自动送料和换模以完成一定尺寸、 形状的冲裁和浅成形；数控激光或等离子切割机可用板材切割出任何尺寸、形状的工件而无 需模具；在数控折弯压力机上使用简单通用模具通过一系列连续折弯能得到复杂的弯曲件或 型材。这类设备虽然只适于冲裁和浅成形，板料和工件的储运仍需人工，但它是板材加工的 重大飞跃，设备价格适中，投资回报也快，有远见有实力的企业应抓紧应用。第三阶段为柔性加工单元(FMC)，它由一台冲压工作主机和一套自动上、下料装置及板材仓 库组成，*计算机数控独立自动地完成冲压加工。第四阶段为柔性加工系统(FMS)，它由多台冲压加工主机和物料储存、输送系统及信息处理 系统组成，实现了冲压加工过程的全盘自动化和柔性化，可以在很短的时间内更换产品品种 。 2.4模具投制三步到位生产一种复杂产品所需的模具成百上千，资金耗用更以百、千万计，而新产品开发成功率却 不到一半，所以在多数情况下一次性投制全套模具是不明智的。为了减少万一因产品开发失 败而造成巨大损失，对不成熟产品的模具投制不妨分三步到位。第一步，当新产品刚通过样机试制拟小批生产以试探销路时，只追求上市快而暂不计较成本 ，应筛选出最需冲压的零件或工序，集中力量设计制造一批关键模具，而将大量的普通模具 暂缓投制，这就抓住了主要矛盾，防止了顾此失彼,赢得了新产品推出时机。最需要冲压的 零件包括非冲压且难用其他方法加工者或市场采购不到者，如影响产品性能和外观的复杂成 形件和轮廓复杂的冲裁件等。至于可用弯曲机加工的简单弯曲件和可用铣、钻加工的孔以及 人工钣金就能达到要求的成形件等，都可暂缓投制模具。第二步，当产品试销顺畅，拟增加产量以占领市场时，追求的是保质和微利，可开始解决本 应冲压但暂用其他方法加工而造成工时浪费的问题。例如，以冲孔代替铣、钻孔，以落料代 替分段剪切、振动剪切和气割，以模压代替多角分次折弯等。第三步，当产品销量稳定增长，拟成批轮番生产时，追求的是优质、高效以增加赢利，宜不 失时机地设计制造较先进模具。同时，将一些外购的冲压件变为自制。对于当初应急用的快 速、经济、简易模具也要更新为正式钢模。 道圣邪 (2005-11-10 09:40:05)3模具“减价”的途径 模具“减价”即采用快速、经济制模新技术，利用价值工程原理千方百计降低制模材料费和 工时费。 3.1采用快速经济制模技术这门技术内容广泛，专著亦多，为了便于正确选用，现将技术成熟、推广容易的快速、经济 制模新技术各5项评介如下。 3.1.1锌基合金冲裁模构造特征:通常用锌基合金凹模配钢凸模，模架必须有导向装置。锌基合金模铸造后刃口已 接近成形，只对其进行挤切或少量加工即能使用。优点:a.不锻毛坯，加工量很小，节约制模工时，造价较低；不需热处理，无淬火变形，精 度易保证；锌基合金能重熔再用。b.有良好的动态间隙，冲裁断面毛刺小。c.刃口容易修理 。缺点:a.模具寿命低(冲1mm厚钢板刃磨1次寿命约3 0005 000件)。b.锌基合金材料比碳素 工具钢贵约4倍，用以制造小型简单模具有时不合算。c.锌基合金质软，不能胜任冲裁较厚 板料和高强度材料，冲窄槽和尖角的最小极限尺寸也大于钢模。d.冲裁力大于钢模，板材利 用率小于钢模。适用范围:厚度2mm的薄板冲裁，更是薄垫片和中等尺寸轮廓零件冲裁的良好选择。只适于 小批生产。 3.1.2聚氨酯橡胶冲裁模构造特征:凹模为装在钢容框内的聚氨酯橡胶垫，凸模或凸凹模为钢制，模架可以无导向。优点:a.结构简单，制造容易。b.无冲裁间隙要求，同一模具能冲裁不同厚度材料，故略具 “柔性”。c.可使用低精度压力机冲裁极薄料，料越薄、轮廓越复杂越比金属凹模经济。缺点:a.搭边大，材料消耗居各种冲裁方法之首。b.不宜冲裁过硬过软及超过1mm厚的材料。 c.所需压力机吨位大。d.生产率低。e.冲小孔、窄槽、尖角的最小极限尺寸远远大于钢模。适用范围:0.0050.5mm厚小尺寸工件的中批冲裁，是制造工程农机齿轮箱调整垫片的最简 易模具。 3.1.3薄板叠层冲裁模构造特征:刃口材料为厚0.81.5mm、金相组织为贝氏体或低碳马氏体的淬硬薄钢板，将其 紧固、粘结或用小导柱定位在有漏料孔的钢或锌基合金凹模基体上，安装整套模具于压力机 ，用钢凸模冲出凹模刃口，不加工直接使用，一层刃口失效后可层层叠加。模架有导向，设 弹性退料装置。优点:a.刃口形成快速经济，异形轮廓或多孔齐冲更显方便。b.一片薄板凹模可冲2倍于其厚 度的低碳钢板，寿命逾万件。缺点:a.大尺寸凹模坯料热处理后易翘曲，平面度难保证。b.不能胜任窄槽、尖角及高强度 材料之冲裁。适用范围:a.厚度为0.33mm的中、小尺寸低精度小批量零件冲裁。b.冲裁凹模刃口胀大或 圆钝后的应急修复。 3.1.4钢带(片)冲裁模构造特征:用210mm厚的淬硬碳素工具钢或弹簧钢带(片)直立放置拼合成凸、凹模冲裁刃口 ，两侧以桦木层压板或硬聚氯乙烯板塞紧，也可浇铸低熔点合金或环氧树脂固定，磨利刃口 后即能使用。退下废料、顶出工件均用橡胶块。优点:a.节约工具钢85%95%，节约工时70%80%，制模成本低，周期短。b.对于1mm厚工件 一次刃磨可冲万次，寿命较高。缺点:a.模具刚性差，精度低，不宜冲裁厚度小于0.5mm的薄料，不宜冲裁尺寸要求严格的零 件。b.退料、出件均需反顶后人工拿出，生产效率低于漏料式模具。c.复杂形状刃口凸、凹 模匹配较难。适用范围:a.0.54mm厚较大尺寸低精度简单形状工件的中、小批冲裁。b.皮革、织物、橡 胶等非金属材料剪裁(只需1副尖刃凸模)。 3.1.5刃口堆焊冲裁模构造特征:凸、凹模与灰铸铁或板焊模座制造成一体，在刃口处加工坡口后，堆焊510mm厚 碳素工具钢或合金钢，回火、修磨后就能使用。优点:a.节约大量工具钢和加工工时，缩短制模周期50%以上。b.模具耐磨性和刚性好，寿命 不亚于淬硬钢模。缺点:焊接和修磨刃口工作量大，技术要求高，劳动条件差。适用范围:成批生产用大、中型工件的落料、冲孔或切边。 3.1.6低熔点合金成形模构造特征:以样件为基准，以铋锡合金为主要制模材料，同时铸造拉深模的凸模、凹模和压 边圈，型面只需去除飞边毛刺而不再机加工，但其上、下模座或镶件仍为铸铁或钢质。优点:a.低熔点合金冷缩率极小或微胀，模具仿真性好，精度高。b.二元合金熔点仅138， 熔化、浇铸工艺简单而且节能，制造复杂型面十分便捷，周期仅为钢模的10%30%。c.合金 反复重熔不变性，重复利用时能有效降低制模成本。d.合金有自润性，成形工件表面无擦伤 。缺点:a.合金质软，模具寿命低，铸1次模具拉深1mm厚钢板只能达数百至3 000件，产量大时 应在易损部位镶钢。b.合金价贵(约为碳素工具钢的1617倍)，首次制模材料费投入大，不 重复利用时不合算。适用范围:薄板覆盖件新品试制或小批生产。 3.1.7锌基合金成形模构造特征:以样件或石膏、铸铁样模为基准，以锌基合金单独铸造凸模、凹模和其他难加工 模具零件，型面不需机加工，而模座仍为板焊件或铸铁件。优点:a.锌基合金熔点为380，可反复重熔再用，其价格约为低熔点合金的1/3，故制模成 本远低于低熔点合金模，约为钢模的40%50%，制模周期能缩短40%60%。b.模具寿命较长 ，拉深1mm厚钢板可达5 00010 000次。c.合金有自润性和抗烧结性，不擦伤工件表面。缺点:a.锌基合金冷缩率达0.74%1.2%，铸出的模具精度较低。b.熔化、浇铸工艺严格，操 作稍有不当易生缺陷，得到优质型面比使用低熔点合金难。c.重熔再用远不如低熔点合金方 便。适用范围:厚度3mm的较低精度拉深件、弯曲件小批生产。 3.1.8树脂复合材料成形模构造特征:以样件为基准，以树脂型复合材料浇铸凸模、凹模等难加工件，型面不加工，易 损部位镶钢，而模座仍为板焊件或铸铁件。优点:a.无金属熔炼、熔化之烦，制模工艺简单，耗能很少，材料货源充足。浇铸1m3体积 不足2万元，成本居同类模具之最低位，制造周期为钢模的20%35%。b.复合材料固化时收 缩率0.5%，制模精度高于锌基合金模。缺点:a.材料强度、硬度和韧性不高，无自润性，对温度敏感，在低温条件下易脆裂，尺寸 也难长期保持稳定，模具寿命低于锌基合金模而高于低熔点合金模。b.材料不能再次利用， 模具报废后较难处理。c.制模过程中材料挥发物气味难闻，污染环境。适用范围:一般精度薄板成形件小批生产。 3.1.9灰铸铁精铸成形模构造特征:采用消失模铸造和陶瓷型精密铸造工艺，以HT250或HT300灰铸铁制造凸模、凹模 和压边圈等，型面只打磨修配或少量机加工，最后对易损部位进行火焰表面淬火。优点:a.耐磨性好，寿命达35万次，若采用合金铸铁，寿命可提高至10万次。b.尺寸精度 达模具尺寸的(0.15%0.2%)，表面粗糙度达Ra6.312.5，能较好满足工程农机薄 板成形的要求。c.与正规加工的钢模相比，制模成本降低和周期缩短都在50%左右。缺点:工艺复杂，是快速、经济制模技术中难度最大的一种。适用范围:薄板、中板成形件中、小批生产。 3.1.10聚氨酯橡胶成形模构造特征:用聚氨酯橡胶作胀形凸模、弯曲或拉深凹模，作凹模时聚氨酯橡胶安装在钢容框 内。优点:a.模具结构简单，无间隙要求，制造容易，安装方便，可使用低精度压力机。b.成形 一开始材料就能贴模，利于防裂防皱，更宜于半球形、圆锥形的拉深，也不擦伤工件表面。 c.同一聚氨酯橡胶垫能成形尺寸、形状相近的不同工件，具一定“柔性”。缺点:a.聚氨酯橡胶价贵，大规格的需特殊订货，用作形状简单零件成形有时不合算。b.压 缩胶垫耗能大，所需压力机吨位比硬模冲压大510倍。c.成形的工件圆角较大，尺寸只宜 小而浅(胀形件除外)。适用范围:小尺寸大圆角薄板工件浅成形，更是中凸空心件胀形的首选方案。世纪之交快速经济制模技术的重大突破来自快速成形(RP)技术，它的发展和应用会给未来中 、小型复杂模具的快速制造带来一次飞跃。 3.2减少制模材料费 3.2.1采用普通廉价材料多品种小批量生产用模具的预期寿命一般不超过10万件，故钢模的易损件用碳素工具钢制造 即可，有些亦可用45钢。在热处理能力强的地方，还可用Q235钢板经渗碳淬火，以制造大、 中型凸凹模或压边圈。我厂据此已制造过冲模大件，其中一个异形落料凸模外廓达296mm994mm，省工省料，能满足冲裁要求。 3.2.2对毛坯和零件进行“减肥” 冲模零件在保证有足够强度、刚度和稳定性的前提下，尺寸需大则大，能小则小，多用型材 和板焊件，少用铸锻件，要斤斤计较，以充分发挥材料潜力，努力削减多余重量。 3.2.3修旧利废工厂都存有报废闲置模具，经常库满为患，其模芯虽然无用了，但模架等却有再用价值。只 要设计人员不怕麻烦，加以改制利用，就能变废为宝，节约价值逾万计。 3.3减少制模工时费 3.3.1优化模具结构，尽力把零件设计得便于加工、装配和外购是减少制模工 时费的前提为此，必须做到：严格按冲模标准进行设计，因标准零件及其组合已“千锤百炼”， 有良好的结构工艺性，有成熟的加工工艺，不易造成工时浪费。非标准零件要有良好的冷 、热加