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豐田汽車模具部門介紹及發展方向

李總理參觀豐田工廠,看出來我們要學習豐田汽車的地方還有很多!今天我們就帶大家學習一下日本汽車模具吧!

豐田汽車公司的模具設計與制造技術,在管理和技術有許多獨到之處。就豐田模具生產制造技術作初步的探討,這些內容對急待改進生產方式、推進科學管理和提高制造技術水平的國內汽車模具同行,可能會有一些借鑒和啟發。

一、豐田模具設計與制造部門概況

豐田汽車公司中與沖壓模具設計制造有關的部門主要有兩個,其中負責模具設計的是第八生產技術部,負責模具制造的是st部(st為沖模的英文縮寫)。它們都直屬于總公司,生產技術1-8部屬于生產準備部門,沖模部(st部)屬于工機制造部門。

第8生產技術部,其主要職責是模具設計和沖壓設備準備,加上它所屬的計劃、生產準備、部屬等科室共有將近350人。其中與模具設計有關的技術室有三個,它們是由從事的產品件類型來劃分的:

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每個室又分為沖壓工藝與模具結構設計兩個組。專業化分工是豐田模具設計部門工作的特點。

模具設計內容細分

豐田把模具設計分成三個工序:工序設計、模面設計和結構設計,分工明確,分別由專門人員負責。工序設計主要完成工序草圖、dl圖設計、作詳細的模具設計任務書、模面構想等,模具設計的主要創造性勞動都在這一步靠人腦完成。模面設計幾乎是單純的曲面造型,結構設計的重點在于模具結構的具體實現。

人員專業化分工細微

各個室只負責一類產品件,每個人在一定時間內負責同一個件,甚至是同一類模具。由于豐田每年開發的新車可達十種,這就是說,可能有的人在一年內畫十套非常相似的前車門外板拉延模,其專業化程度可想而知。

模具的社會大分工

日本的模具制造專業性分工很強,豐田雖然自己的模具制造能力很強,但它并不是什么模都干。比如,整車所有件的沖壓工藝和模具的整車協調,他自己都負責,但模具設計和制造他只干車身內外覆蓋件,地板和梁架件全部到定點廠家外協。不但豐田如此,國外的大汽車公司所屬模具廠無不如此,比如日本大發公司模具廠,甚至只做側圍、翼子板、頂蓋等有限的幾種外覆蓋件。這可以看作是一種發展趨勢,在韓國、臺灣甚至是專業模具廠家也是向只做幾種件的更專業方向發展。

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主要數控加工設備:

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從人員和生產能力上看,st 部都算得上是世界上最大的汽車模具廠之一。

二、豐田的模具設計和制造能力

模具設計與制造能力: 每年大約可開發10個轎車整車模具;模具產量(標準套)約2000套/年;內制率60%(外協40%)

主要產品中:模具占80%,驗具占7%,其他占13%。

全年完成模具制造成本預算近200億日元,人均模具產量 2 標準套/年,模具制造成本(不含設計)約600萬日元/套,工時成本(平均)約1萬日元/小時。

整車模具設計制造周期12個月(由車身設計完成至新車批量生產),其中包括整車全部模具設計周期5個月,制造周期5個月,調試周期6個月。

由此可見,豐田一年的轎車生產能力大約500萬輛(日本國內部分約占50%),是中國大陸轎車產量的十倍,而模具設計制造能力也超過我們全國汽車模具生產能力的數倍。豐田的整車模具制造周期,遠遠短于我們的一般單套模具制造周期,它的標準單套模具制造周期為三至四個月,在我們看來還是一個夢想,我們的模具質量水平與豐田相比相差更遠。

豐田把模具的制造計劃標準化,根據模具的復雜程度可分為短周期、標準周期和長周期三種。現以單套模具的設計制造周期(拉延模,標準周期)為例:

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單套拉延模總周期62天,其中制造周期52天。

以上周期包括模具的設計、制造直至模具初次試模完成為止。如果再考慮產品件各序模具的總周期,單個制件各序模具的總周期,要在拉延模的基礎上再加22天(包括模具調試,但不包括整車調試),總共84天。

以上天數均為工作日(節假日除外),換算為日歷日大約為20天等于一個月,也就是單套模具制造周期三至四個月。

豐田的模具制造也是按照準時化生產方式進行的,全部倒排計劃,計劃到每一個工作日,不提前投產,避免增加在產模具。我們的倒排計劃往往是為趕工期,人為的壓縮工期。而豐田的倒排計劃,是為了在必要的時候生產出必要的產品,避免提前投產造成生產過剩的浪費。

三、豐田模具制造技術

近十年來,本人曾在日本多家模具制造廠進行過較為深入的學習和考察,先后累計時間達6個多月。對比以后發現,豐田的模具技術在日本的模具廠家中也是十分突出的,無論是能力、效率及技術都不愧為世界一流水平。通過對豐田的了解我們可以看到,世界汽車模具制造技術正在向這些方向發展:計算機前的操作逐步代替現場操作,以高精度加工代替人的手工勞動,模具的設計、制造高度標準化,單件生產方式向流水線式生產方式發展等等。結合我們國內的模具制造情況,豐田在以下一些地方與我們有很大的不同,值得我們很好的借鑒。

精細模面設計

我們常說的模具設計實際上分為三個部分:沖壓工藝設計、模面設計和結構設計。這三種設計的內容和側重點是完全不同的,豐田的工作流程為先有沖壓工藝設計然后指導模面設計和模具結構設計,分別由不同的人來做,專業分工很明確。傳統的沖壓工藝設計采用工序圖或是dl圖,它的模面設計是非常粗略的,以這樣的圖紙指導下的工藝造型,必須在后序靠人工修整、制造工藝禰補,造成模具制造的人工鉗修量很大、周期延長。豐田在設計階段通過計算機的曲面造型,完成模面的精細設計。比如:針對進料量不同設計各種拉延筋,同一套模不同部位的拉延筋截面不同,防回彈、過拉延處理,最小壓料面設計,凸凹模不等間隙設計等等。精細模面設計的結果,可以極大的減少型面加工,減少鉗修,減少試模工時,它的作用非同小可。

對比之下,國內的模具設計還停留在結構設計階段,模面設計沒有受到很好的重視,模面實際上是靠后天完成,模具設計的落后造成了制造的落后,也就毫不奇怪了。

板料成型分析技術應用情況

豐田公司從5-6年前,開始應用有限元法做計算機模擬板料成型分析,主要應用的解算軟件為美國的dyna3d,他們經過了近三年的努力才達到實用水平。目前,豐田建立了一個整車身各種典型件的分析結果庫。對一個新車型的件,如果成型性沒有太大的變化,只是參考原工藝不做分析,只有特殊的新造型才做板料成型分析。豐田的新車要做樣車,對造型特殊的件除了做板料成型分析外一般還要做簡易模進行驗證。因此,豐田人認為目前板料成型分析還不是一件必需的、簡單的事,無論是周期還是成本都有很大代價。

本人認為,豐田的車型開發量很大,車型之間變化不大、類似件很多,又積累了豐富的人的經驗,板料成型分析確實用武之地不多,建立一個分析結果庫是一個好方法(日本富士模具公司也是這么做的)。反觀國內現狀,一方面模具廠專業分工很低,各種件都會遇到,難有現成經驗,似乎更需要板料成型技術。另一方面,技術水平低支持環境差(如:板料參數、摩擦系數等難掌握),模具廠應用起來,要達到實用(不講效果、不計代價的研究不算)也是非常困難的。即使是成立專業分析公司,考慮用戶數量、周期、價格等因素,恐怕也曲高和寡。目前,這項技術在國內的實際應用效果還難有定論。

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