行业将迎黄金时代 (报告出品方/作,(「3D动画」冲压模具的经验分享及未来发展方向简述~)

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行业将迎黄金时代 (报告出品方/作,
一体压铸变革有望驱动压铸设备未来十年爆发式增长。
过去十年我国压铸机市场整体呈增长趋势,但总规模尚不足30亿,下游以汽车行业为主,其中行业龙头力劲科技占据约57%份额。
过去三年我国压铸模具市场规模约240亿260亿,行业格局极度分散。
我们预计一体压铸车体渗透提高至90%的周期需要1015年,假设2030年一体压铸在新能源车渗透率70%、燃油车领域20%,预计2030年全球车身+车门结构件需新增压铸机及系统总投资约1735亿,压铸模具总投资363亿元,未来10年行业CAGR60%。
同时压铸机大型化将带来多领域新增需求,应用范围拓展空间广阔,一体压铸工艺具备向多领域外延的潜力。
一、“一体压铸”带动车身制造工艺百年未有之变革传统汽车车身制造流程采用钣金冲压+焊接工艺。
汽车制造工艺主要分为冲压、焊装、涂装、总装四大工艺环节。
传统汽车车身为钣金焊接结构:1.冲压:将整卷钢板或铝板用多台大型压力机连续冲压成小块钣金零件。
2.焊装:将冲压完成的小块钣金件拼焊为车身结构件,包括四门及前后盖(引擎盖+后备箱盖),焊接完成的车身结构件即为白车身。
3.喷涂:将焊接完成的白车身喷涂油漆,实现防锈和美观作用。
4.总装:将悬架及动力系统、电控系统、内饰件装配至车体上,最终完成整车制造。
传统冲压焊接工艺模式加工铝合金难度较大,全铝车身普及受限。
白车身采用铝合金替代钢材通常可使自重降低1/3左右,从而减少油耗或电池用量。
上世纪90年代,奥迪最先在A8系列轿车采用全铝车身,使其白车身重量由原先300kg以上降至215kg。
过去十年新能源车崛起,通过车身减重来降低电池装用量成为新能源车降本重要手段,特斯拉ModelS、蔚来ES8等车型均采用全铝车身。
但铝合金表面高熔点氧化层影响焊接强度、韧性较低影响冲压效果。
以奥迪A8为例,其全铝车身制造通常需要包括点焊、激光焊、涡流焊、铆接、自切削螺钉联接、卷边等14种连接工艺,制造工艺复杂度远高于以电阻焊为主的钢制白车身。
因此近年来包括特斯拉在内的各大车企主要采用钢铝混合焊接车身。
减重性能更好的全铝车身在现有冲压+机器人焊接的工艺模式下预计难以普及。
特斯拉首推一体压铸车身取代传统焊接工艺,颠覆现有车身制造流程。
未来特斯拉将持续加大一体压铸范围,不断取代传统冲压-焊装工艺。
继ModelY后部车体成功采用一体压铸工艺制造后,特斯拉持续加大一体压铸车体应用范围。
2020年电池日公布了下一代车身底盘设计方案,整车底板由23个大型压铸件组装而成,彻底取代传统冲压-焊装工艺。
新一代全压铸车体底盘减少了370个部件、重量降低10%、增加14%续航里程。
通过一体压铸技术的导入,大幅降低零部件数量,简化造车流程,传统冲压-焊接部件占比进一步降低。
一体压铸工艺是汽车制程中的颠覆性技术,压铸机有望成为汽车制造领域的核心装备。
从上世纪初焊接技术逐步成熟以来,汽车车体制造工艺均以钣金冲压+焊接为主。
上世纪70年代以前,汽车车体焊接主要由人工作业完成。
20世纪70年代数控技术逐步成熟,工业机器人诞生,最早应用于汽车焊接工艺。
过去50年间,汽车车身制造工艺始终以钣金冲压+机器人焊接为主。
本次特斯拉一体压铸技术有望使汽车车体制造工艺重大变革,压铸机有望取代焊接机器人成为造车核心装备。
二、一体压铸车身工艺具备极高经济性特斯拉ModelY一体压铸后车身成本下降40%。
1、钢制焊接车身:合资品牌国产化的以钢制为主的主流B级车焊接白车身成本大概在70007500元/台左右。
2、钢铝混合焊接车身:2019年广汽蔚来发布的合创007采用钢铝混合车身打造,发布会介绍其车身成本为16529元。
铝合金价格已从2019年底的1.5万上涨至近期1.7万元,可以大致推算采用焊接工艺的全铝车身造价在1.5万2万元/台左右。
3、全铝焊接车身:某外资品牌国产化全铝车身的D级车焊接白车身成本大概在4万元以上。
国产的某款用铝量高于90%的SUV全铝车身制造成本在3万左右,加上四门两盖价格约4万。
考虑到该款SUV白车身重量达350kg偏重,优化设计后,主流B级车全铝车身焊接白车身成本估算在3万元/台。
车身重量减轻,减少电池装机量,电池降本是钢换铝使车身材料成本增加的6.6倍。
特斯拉新一代一体压铸底盘有望降低10%车重,对应续航里程增加14%。
以普通电动车电池容量80kwh为例,若采用一体压铸车身减重并保持续航里程不变,则电池容量可减少约10kwh。
以目前磷酸铁锂电池pack成本800元/kwh计算,则可降低成本8000元,电池节省的金额超过压铸全铝与钢铝混合车身材料差价的6.6倍左右。
三、一体压铸车身趋势下,压铸机和压铸模具成为核心造车装备传统冲压-焊接白车身制造设备主要为压力机、冲压模具和工业机器人。
传统冲压+焊接工艺,年产10万辆车的产能设备总投资约5.2亿元。
根据上述分析测算结果,采用传统冲压-焊接工艺年产10万辆车,整车厂的冲压和焊接投资额分别为1.9亿和1.7亿,零部件厂的冲压和焊接投资额分别为1.3亿和0.3亿,整车厂和零部件厂总投资约5.2亿元,整车厂的单位产能设备投资是零部件厂焊接投资的2.3倍。
中国2500万辆年产能的相关冲压+焊接设备总投资额约1300亿元,全球9000万辆车年产能的相关冲压+焊接设备总投资额约4680亿元。
一体压铸车身趋势下,压铸机和压铸模具成为核心造车装备。
「3D动画」冲压模具的经验分享及未来发展方向简述~
工艺零件是直接参与工艺过程,并直到其完成。
工艺零件主要包含定位零件、工作零件、卸料零件与压料零件。
然而结构零件就与工艺零件截然不同,它不直接参与工艺过程,也不会和坯料有直接的接触,只是对工艺过程的完成有一个保证的作用,或者是完善模具的功能。
结构零件主要包含紧固零件、导向零件、标准件以及其他的一些零件。
但是应该说明的是,并不是所有的冲压模具都必须包含这六种零件的。
在设计冲压模具的结构的时候第一要考虑到的就是安全,绝对不能因为冲压模具的结构设计出现错误而引起事故。
即使是冲压模具的实际操作人员也绝对不允许将自己置于危险境界中。
在冲压模具结构的设计过程中,一定保证设计操作人员的安全感。
这个结构框架的要有均匀的厚度;模具工作的部分的厚度要保持均匀,不能太薄;冲压模具的设计要达到承受力的标准;所采用的冲压模具的结构的质量要保持平衡;冲压模具结构的框架的材质、工作部分的材质也要注意选择,因为这些东西都是容易磨损的,所以要算好成本;冲压模具结构的承受能力;零部件的结构最好用计算的方法来计量。
在确定冲压模具的结构之前一定要先确定冲压模具的送料方式,还有卸料方式,以及冲压模具的模架形式。
冲压模具的凹凸模的工作刃口尺寸的确定要经过仔细的计算才能得出。
冲压模具的凹模的结构形式要根据零件的需要去制作,制作方法要根据上面叙述的。
例如在冲裁模具的制造工程中如何确定凹模的厚度。
凹模的厚度指的就是凹模刃口距离外边缘的长度。
因此确定凹模外形的尺寸一般采用凹模外形尺寸的经验公式,也就是HKb(H≥15mm)。
K表示的是系数,书中是可以查到的;b代表的是凹模孔的最大宽度。
在制造工程中,不仅仅要计算出凹模的厚度,还要计算出凹模周边的与之相关的数据。
这样一来,与已经确定的模具主要的结构构成合适的模具结构组合。
冲压模具的凸模的结构形式也是要根据冲压零件的需要而制作的,制作方法要根据计数按出来的数据。
凸模的固定方式一般会采用铆钉固定,也可以采用低溶点的合金或者是低熔点的焊接剂来固定。
随后只要根据图纸,安装好凹模和凸模的位置,还有其他相关的零件。
近些年来国外高速发展的铣削加工产业,很大程度上使加工的效率得以提高,不但如此还可以使表面的光洁度达到极高的程度。
除此之外还有,高硬度模块的加工也具有低温升、较小的热变形等优点。
铣削加工技术的高速发展,对汽车产业、大中型家电行业型腔模具的制造注也加入了新鲜的动力。
就当前的发展程度来看它已经向敏捷化、智能化、集成化的更高方向发展。
高速的扫描机和模具的扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据,用于模具制造业的“逆向工程”。
模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工,因此不再需要制造复杂的成型电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。
我国的冲压模具的标准化程度还处在于不断提高的阶段,虽然在当前我国的冲压模具标准件的使用覆盖率已经达到30%左右,但是相对于其他国家尤其是发达国家还是差很大的距离,目前国外的发达国家的冲压模具是有那个覆盖率一般都可以达到80%左右。
选用优质的材料和应用相对应的先进的表面处理技术用来提高冲压模具的寿命是十分必要,例如选用优质的钢材料。
发挥冲压模具钢材料性能的关键就在于能否使冲压模具的热处理和表面处理更加。
冲压模具热处理的未来发展趋势就是运用真空热处理的技术。
不单单要发展冲压模具的表面处理技术还要发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、离子喷涂等先进技术。
冲压模具表面的质量可以说对冲压模具的使用寿命、冲压制件外观的质量等各个方面都有较大的影响,研究并发明出自动化、智能化的研磨方法和抛光方法替换了现在手工操作的方法,从而可以提高冲压模具表面的质量,这也是冲压模具未来一个重要的发展方向。
发展冲压模具的自动化加工可以说是我国模具产业长远的发展目标。
冲压模具的自动加工系统主要是采用多台机床进行的合理组合来工作的;并配备了随行定位的夹具或者是定位盘;冲压模具的机具、刀具数控库也是相当完整的;数控柔性同步系统也是很完整的;对质量方面也设置了相当完善的监测控制系统。
制造设计塑胶模具时应该如何选择钢料
非成型零部件材料选用1>模架材料参照模架标准,模板一般选用进口S50C或国产SM45,要求160200HB,硬度均匀,且内应力小,不易变形。
导柱材料采用GCr15或SUJ2,硬度为5662HRC。
导套、推板导柱、推板导套及复位杆材料可采用GCr15或SUJ2,硬度为56-62HRC;也可采用T8A、T10A,硬度为5256HRC。
2>模具中的一般结构用件,如顶出定位圈、立柱、顶出限位块、限位拉杆、锁模块等,对硬度和耐磨性无特别要求,可选用国产SM45模具钢,正火状态,硬度160200HB,不需再进行热处理。
3>模具中的浇口套、楔紧块、耐磨块、滑块压板等对硬度、强度和耐磨性要求较高的零件,应选用碳素工具钢或优质碳素工具钢,如T8A工具钢、T10A工具钢等。
此类钢使用时均需进行淬火处理,以提高其硬度和耐磨性。
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