航空企业经济模具及其应用

经济模具是在冲压加工生产中广泛采用的且技术、经济效益较好的一种先进模具。它包括特种的模具结构形式、模具材料以及特殊的制模方法。

实际生产中，各种钣金零件的质量要求不同，生产批量也不同。为了取得最大的技术-经济效益，有时就必须为满足某些方面的要求，而舍弃其他方面的要求。例如，为提高产品的质量，必须采用高精度、结构复杂的模具，这就会提高模具成本并延长生产准备周期；而在需求量不大或对产品的质量要求不高时，就应该放弃对产品的高质量要求，尽量缩短生产周期、降低制模成本，这时就应该采用各种简单的经济模具结构形式。

本文针对航空企业钣金零件生产的独特性，列举了各类常见钣金零件类型及其对应模具结构形式，划分了属于经济模具的范畴，并对各类经济模具结构特点及应用范围进行了分析。

钣金零件技术、经济效益分析

对每一种有一定技术要求的钣金零件，可选用不同的工艺方案（如：不同的模具结构形式和不同的模具材料与制模方法）。方案不同，工件的成本则不一样。

钣金零件的制造成本，受该件产量的影响很大。产量的增减变化，使钣金零件的制造成本发生波动。

通常冲压件的材料费、工时费、设备折旧费和企业管理经营费用等，都随钣金零件产量的变化而变化。产量越大，则这几项费用是成正比的增加，故此类费用成为可变费用Cb。模具制造费用则不同，一旦模具加工完毕，其费用基本上就保持不变了（维修费、保管费等占比例较小，可列入可变费用Cb, 也可忽略不计）。模具加工费用称为不变费用Ca。钣金件的制造成本C可表示为：

C=Ca+QCb，（1）

式中Q为钣金件产量。

要降低钣金件的制造成本，必须从降低Ca和Cb两方面考虑。显然降低不变成本和降低可变成本可以降低生产成本，从而增加企业的盈利，但这两种生产成本往往是互相矛盾的。生产中为降低钣金件的可变成本，即减少工时费、设备折旧费时，必然要采用生产效率高的复合模、连续模，甚至多工位级进模。但是这类模具的费用是较高的，即为了降低可变成本而不得不提高不变成本。同样为降低钣金件的不变成本，采用制造成本较低的简单模具时，又必然会降低生产效率，从而提高了可变成本[1]。

降低钣金件的不变成本或可变成本的2种措施，对企业的总盈利情况的影响是不同的，尤其与产品的批量关系很大。小批量生产时，降低钣金件的不变成本效果明显；而在大批量生产时，降低可变成本可以取得更佳的效果。

总之，评价一种工艺方案的技术、经济效益是十分复杂的，它涉及工件的质量要求、批量大小、生产设备以及制模能力等多方面的因素。只有在熟悉各种常规冲压技术、冲压模具的基础上，再研究各种特殊的模具与技术，并结合本单位的实际生产能力，才能制定出合理的工艺方案，获得最佳技术-经济效益。

模具低成本制造实现的可行性分析

为实现模具的低成本制造，必须考虑3个方面的主要技术-经济效益指标：成本、周期、质量。3个指标必须从设计、制造和使用综合考虑。设计在满足使用要求的同时，也要满足制造的可靠性；制造必须满足设计要求，同时制约设计，指导使用；使用应该了解设计与制造，制定合理工艺方案，便于设计、制造[2]。具体如下：

（1）应用同步工程（SE）。冲压同步工程（SE）是在产品设计阶段，冲压工艺师先期介入产品工艺性分析，把错误和缺陷消除在设计阶段，缩短模具的开发周期。运用同步工程之后省去了一个过程环节，使工装制造在最短的时间内开始，为制造提供充足的时间。

（2）制定合理的工艺方案。尽量采用特种工艺，如液压拉伸、橡皮囊拉伸等，能将多套模具缩减为一套模具；充分考虑生产批量的大小，小批量生产能能降低制模成本，缩短制模周期；可采用各种简易模具，如低熔点合金模具、组合冲模等，可获良好的技术-经济效益；还必须对各类零件进行详细比对、分析，最大限度实现左右合模或一模多件。

（3）影响模具制造的因素较多，如模具精度、型面难易、表面粗糙度与装饰、型孔与型腔的数量、热处理要求等。模具设计时，对模具元件精度、表面粗糙度、热处理硬度等不能提过高要求，否则无谓增加成本。模具材料采用可回收、再利用的低熔点合金、聚氨酯橡胶等。对于冲裁模，在满足产品精度要求的情况下可加大冲裁间隙，降低成本。

（4）在制造时，须采用先进的机械加工、电加工、化学腐蚀等代替或减少钳工加工工作量，以减少制模时对工人的技术水平要求。在以前的实际生产中常遇到有的模具，如液压型胎，模具较大，产品弯边面处为复杂变角度型面，而制造依据为样板，工人钳工量特别大，制模周期长，制模质量差。

总之，要实现模具的低成本制造必须采用最优化的模具结构、选用可回收利用或更有性价比的模具材料，并简化模具加工方法。

航空企业常见钣金零件类型及其适用模具

飞机钣金零件品种繁多、形状各异，模具结构也有其多样性。常见钣金零件类型和适用模具品种见表1。

由表1可见，同一种类型的钣金零件，可用多种不同的模具冲裁或成形。

在实际生产中，各种钣金零件的质量要求是不同的，生产批量也是不同的。适用于大批量生产的工艺方案、模具结构和模具材料，在小批量生产时可能就不适用。不能简单说使用简单模具就落后，而使用复合、级进模具等复杂模具就先进，因为它们有不同的使用场合。使用场合合理，能降低生产成本，获得效益就是先进的方案、先进的模具。

表1中，弯曲模比型胎、液压型胎、闸压模和落锤模的结构复杂，制模成本高，弯曲模适用于工件批量较大时；复合模、级进模较单工序模具冲孔模、落料模更能保证工件内外形位置精度，生产效率高，但制模成本高、制模周期长，适于工件批量较大时；切边模没有全面考虑近似形状零件的共性，较通用冲模套数多、效率低、制模成本高[3]；翻边模模具结构复杂，制模成本高，适于工件批量较大时；拉弯模较其它型材成形模具结构复杂，制模成本高，适于工件批量较大时；而拉伸模尤其多工序拉伸模较液压拉伸模等制模成本高，试模工作量大，适于工件批量较大时。而其余模具如型胎、落锤模、滚模等，制模成本低，能满足航空企业钣金零件的试制或中小批量生产，属于经济模具范畴。nextpage

航空企业经济模具特点与使用范围

飞机钣金零件数量多，形状各异，相应使用模具品种多。与汽车零件相比，飞机钣金零件具有生产批量小、研制周期短、产品更改频繁和产品定型周期长的特点。如果在航空企业采用汽车行业的生产模式，即采用大量复杂、精确、高效的模具，势必造成模具成本非常高昂，制模周期过长，这对于航空企业来说是难以承受的。为此，我们必须充分考虑航空企业生产特点，针对不同的生产条件，在生产中尽量采用能快速设计、制造，且成本低的模具类型，即经济模具。

经济模具的大量应用，使航空企业在生产中获得了良好的经济效益。表2所列为航空企业常见经济模具的类型及其特点与使用范围。

经济模具应用案例

（1）翻边孔成形。

技术要求：同时成形钣金零件腹板多个不同规格的翻边孔。
技术方案：使用液压型胎成形，见图1。

图1 用液压型胎成形翻边孔

技术-经济效益分析：型液压胎成形用简易芯块作凸模，可同时成形多个不同规格的翻边孔，制模成本低；如用翻边模则需多套，且模具结构复杂，生产周期长，制造成本高。

（2）大型复杂零件成形。

技术要求：口框类零件成形。
技术方案：使用落锤模成形，见图2，图3。

图2 用落锤模成形口框零件nextpage

图3 用落锤模成形大型帽形件

技术-经济效益分析：落锤模用低熔点合金作上下模材料，制模周期短，可快速回收利用，模具制造成本低；如分别采用拉伸和弯曲模结构，则模具结构复杂，生产成本高，制模周期长。

（3）型材成形。

技术要求：成形型材零件弧型面或下陷。
技术方案：用下陷模成形，见图4。

图4 用下陷模成形型材零件

技术-经济效益分析：下陷模不需模具导向和夹持装置，只需将模芯安装于通用模座上即可，制模成本低；如采用拉弯模结构，还需要在下陷处加侧压装置，使得模具结构复杂，制模周期长，模具制造成本高。

（4）高方盒形件成形。

技术要求：成形零件型面。
技术方案：用充液拉伸模成形。
技术-经济效益分析：充液拉伸只需一套模具，凹模型面不需与凸模配型，模具材料硬度要求低，制模成本低；如采用普通拉伸模，则需多套模具，工序间痕迹明显，产品质量差，制模难度大，制模周期长。

结束语

随着更多新技术、新材料的应用，航空企业经济模具面临快速发展的趋势，如多点柔性成形技术、电磁成形技术、时效成形技术、增量成形和激光成形等技术等。在这些经济模具中有些是无模技术，有些是半模成形技术[3]。这些特种技术的使用,将使经济模具品种更加丰富，使某些复杂、难成形零件的成形变得更加容易。

在现有经济模具的基础上，还需进一步优化模具结构，选用更有性价比的模具材料，采用新的、更简易的模具加工方法，和使用更多通用、组合模具，以期获得最佳的技术-经济效益。