国汽车模具 及今后趋势 中国模具工业协会 （北京１０００４４） 周永泰 ２００９年，中国汽车产量达到１ ３７９万辆，标志着中 国汽车工业经历了辉煌历程之后达到了一个新高度，站 在了世界的前列。 模具是汽车工业的基础工艺装备，汽车上９０％的零 床，至此，以数控加工为代表的第三代加工技术逐步替 代了第二代的仿形加工技术，使模具制造精度和质量稳 步提高。 １９８７年，一汽完成了自己的ｃＡ一１４１载重车全套模 具的制造，实现了一汽的换型任务。同年，一汽还用 ＣＡＤ／ＣＡＭ技术完成了平头车驾驶室全套内外主模型加 工。 部件都需要依靠模具成形，汽车冲压模具更直接影响新 车型上市的快慢和汽车的质量，因此，中国汽车工业的 发展是与中国汽车模具的发展休戚相关的，也可以说是 互为依托、互相促进的。 一２Ｏ世纪七八十年代，南京汽车制造厂、北京汽车 制造厂、天津汽车制造厂等相继成立或扩建，都设立了 ，中国汽车模具的发展历程 自己的模具制造基地，但当时只有一汽和二汽的模具厂 完成过整个车型模具的制造、调试和匹配工作，具备了 整车模具的制造经验。 中国汽车模具的起步几乎与汽车同步，即起始于 原苏联援建的长春第一汽车制造厂项目。１９５３年，一汽 工具厂内开始建立冲模车间，当时设计能力为每年３２万 工时，主要承担小型、中型冲模制造和大型覆盖件冲模 的维修任务。经过派员去莫斯科斯大林汽车厂实习和培 训，以及引进以仿形铣为代表的关键加工设备之后，冲 随着自行研制可加工塑料和三坐标测量划线机之 后，实型铸造于９０年代初投入生产。８０～９０年代，我国 还研制成功了具有中国特色的刃Ｉ－Ｉ堆焊合金焊条和空冷 钢，这使我国汽车模具的制造水平又前进了一大步。 模车间于１９５５年５月正式投产。 １ ９５８年，一汽开始试制和生产红旗轿车和越野汽 ９０年代以来，国内汽车模具行业中采用ＣＡＤ／ＣＡＭ 技术逐渐增多，国家“８６３”计划将东风汽车公司作 为ＣＩＭＳ应用示范厂，由原华中理工大学为技术依托单 位，开发了汽车车身覆盖件模具ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ集成 系统，于１９９６年通过鉴定，并在实际生产中得到应用， 取得了显著成效。 车，所需的覆盖件模具由冲模车间负责供应。至此，国 内开始了制造汽车覆盖件模具的历史。 ２０世纪６０年代中期到７０年代中期，一汽在援建二 汽时，承担了东风一１４０车型全套模具的制造任务，跨 上了完成整个载重车车型全套模具的制造台阶。 为了跟踪国外模具制造技术的发展，一汽、二汽 １９９７年，一汽引进了板料成形过程及计算机模拟 ＣＡＥ软件，这对于模具设计优化和减少调整时间起到了 十分重要的作用。 东凤汽车公司自行开发的冲模用三种铸铁 和南汽于１９８２～１９８５年，先后派员赴日本富士铁工所实 习培训。一汽冲模车间于１９８５年购入了第一台数控机 ■Ｉ型 ｗ ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇ１９５０．ｃｏｍ 参磊 工冷加工 。 ’ Ｅｘｐｅｒｔ Ｈｅ ｉｎ ｔ （Ｈ２１５、Ｈ２３５、ＱＴ６ｏ０—３）和一种铸钢（５０ＣｒＭｏ） 获机械部１９９７年科技进步二等奖，发动机气道ＣＡＤ及 项目名称 过去 堕 现在 数学模型为主，提 据及产品结构用图 ＤＬ图设计、ＣＡＤ 模面设计 普遍采用二维ＣＡＤ 或三维ｃＡＤ，有的 企业已实现无图化生 近３Ｏ年来中国汽车覆盖件模具设计制造的进步情况 铸造模具ＣＡＤ／ＣＡＭ技术，富康轿车模具设计制造技术 的开发和应用获１９９８年国家机械工业局科技进步三等 奖。１９９９年，吉林工业大学的汽车覆盖件冲压成形ＣＡＥ 软件系统ＫＭＡＳ通过鉴定并投入使用。 进入２１世纪，我国汽车模具工业又有了很大发 画图 实物模型为主， 主模板、样件 工艺设计 简单工艺图 冲压工艺 数据来源 产品图样，样板或 供车身零件的ＣＡＤ数 人工及图样 展。轿车覆盖件模具设计制造具有难度大、质量和精度 要求高的特点，是汽车模具水平的最好体现。２００ １年以 前，我国汽车模具生产企业还主要以生产卡车车身模具 为主。２００３年，湖南大学的“汽车覆盖件冲压成形工 艺与模具ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ一体化系统”获国家科技进步 一等奖。２００４～２００５年，我国已能为Ａ级轿车配套全套 的车身模具。２００７～２００８年，我国已能为Ｂ级轿车配套 全套的车身模具。现在，Ｃ级轿车的部分车身模具也己 开始生产，并且在ＣＡＥｌ／ＣＡＥ／ＣＡＭ等数字化技术应用之 后，汽车模具的设计制造方法、加工工艺手段、性能质 量等已基本达到或接近国际水平。如图１、图２所示。 图１整车模夹开发与制造 轻 门板 侧围ｃＡＥ成形分析 图２ 现以近３０年来的中国汽车覆盖件模具设计制造的 进步情况为例，证明技术的巨大进步。 产，框架结构、标准 模具设计 化、参数化。大量应 结构 比较简单、粗笨 用吊冲、侧冲等复杂 结构 普遍采用行业标准 没有统一标准、 或国外标准。向专业 标准件 自制、种类少、应 厂采购。品种增加 用率低 （如氮气弹簧和各种 斜楔等） 型面 仿形为主 数控为主，少数达 到高速高精度加工 机械加工 刃口 铣二维样板靠模 整体拼装数控加工 、线切割 ＮＣ编程 模仿仿形加工的 适应高速高精度加 简单编程 工需要的精细编程 合金铸铁、灰铸 球墨铸铁、合金铸 铸件 铁，铸铁件外观和 铁、灰铸铁，实型铸 模具材料 材质不能达标 造铸件，外观和材质 基本满足要求 镶块 主要为工具钢 主要采用铸、锻空 冷钢 型面 火焰淬火 火焰粹火、真空离 热处理 子渗氮 镶块 整体淬火 真空淬火 火焰淬 火、激光淬火 大量的研合，手 以装配为主，研合 钳工 工艺 工操作。钳工工序 量极大的减少，钳修 决定模具精度 主要是为了弥补工艺 设计的不足和失误 少量应用检具。 大量采用检具、三维 冲压件 检查 主要靠目视、试装 开始采用光学测量 测量机测量，有的已 二 国内汽车模具行业现状 目前，国内已有汽车冲压模具生产企业约２００家， 产值已超过ｌＯＯ（Ｌ元，其中产值超亿元的企业已有１０多 家，５ ０００万～１亿元的企业有２０家左右，规模最大的企 业年产值已达８亿元。近５年，在我国上市的数十款自主 开发和合资生产的轿车，其模具有一半以上是由国内制 造的。多功能模具、高效多件冲压模具、多工位模具， 大中型骨架件级进模等新型模具已起步，如图３所示， 高强度板和不等厚拼焊板模具水平正稳步提高，不少模 参磊肛～—— ｌ蚕盈盈端 塑垦．１ 脚 图３多工位级进模具 具已进入国际市场。 由于水平和能力的提高，现在一些重点骨干企业 已具备了一年内完成整个车型汽车模具的能力，有的企 业通过协作，还具备了一年内同时完成５个车型全套冲 压模具的能力。一汽模具公司和天津汽车模具公司还专 门为中高档轿车大型外覆盖件模具建立了生产线，一些 难度很大的整体侧围模具和翼子板模具等，不少企业已 都能生产。按照现在装备水平测算，国内已经具备了一 年完成３０个车型整车模具的能力。 高新技术普遍应用是我国汽车模具行业发展的一 个显著特点，这与技术水平迅速提升和自主创新能力的 不断增强，一起共同促进了我国汽车模具行业的快速发 展。高速加工、复合加工、逆向工程与并行工程，软件 二次开发和自主开发 专业化与标准化以及虚拟技术和 信息化管理的应用与发展，都有力地促进了我国汽车模 具行业的发展。地区性的产业联盟和集群式生产方式正 在形成和发展，现代制造服务业也已起步发展，这些也 正在积极地促进我国汽车模具行业的发展。 中国模具工业协会等社会中介组织，大力组织国 内外技术交流等行业活动，以及与 金属加工》 （原 机械工人 ）等各种媒体一起共同对模具技术及模具 行业的宣传报道，也对中国汽车模具行业的发展起到了 不少积极作用。这些都有力地支撑着我国汽车模具行业 去完成我国汽车的配套任务。 我国汽车模具行业的技术进步与发展还可从２００８ 年５Ｙｌ，第十二届国际模具技术与设备展览会上得到体 现 这次展会上所展示的汽车模具有如下特点：一是模 具档次比以往有显著提高，轿车的整体侧围、翼子板、 三盖四门和大型复杂地板等模具不但数量多，而且已向 中高档轿车外覆盖件模具方向发展，产品水平和质量档 次都有显著提升；二是整体模具制造能力明显提高；三 是多功能模具、高效多件模具、多工位自动化模具等复 杂、高水平、高技术含量模具迅速发展；四是高强度板 和不等厚拼焊板冲压模具水平有很大提升；五是包括高 水平主模型在内的汽车检具有了新的发展，检具制造技 术开始进入了国际先进技术领域。 目ｌ型堕 ｗｗｗ．ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇ１９５０．ｃｏｍ ’ 磊 工冷加工 我国汽车模具行业已完全能够支撑起汽车工业中Ｂ 级轿车及Ｂ级以下档次的各种乘用车和商用车的快速发 展步伐，而且在不久的将来，还必将可以满足ｃ级车和 ｃ级以上车辆发展所需的全部汽车模具。 我国汽车模具行业虽然已有了很快发展，但与国 际先进水平和国内需要相比，尚有不少差距，尤其是管 理和人才方面的差距更为突出。包括设计、加工、调试 及标准化等方面在内的许多差距，我们必须十分重视。 三、汽车模具技术发展趋势 在有限的篇幅中不可能对所有汽车模具都进行剖 析，本文内容主要是针对汽车模具中占最大比例的冲压 模具，尤其是针对车身冲压模具探讨。 现在每辆汽车上一般都有１ ５００多个冲压冲，冲压 技术正向精密、多功能、高效节能，安全环保的生产方 向发展。车身冲压技术还呈现出模块化，亚毫米冲压和 特种成形技术等新趋势。汽车冲压模具有很好的发展前 景，其发展趋势当与冲压技术的发展方向相吻合。除了 生产专业化、设备精良化、经营国际化和行业战略联盟 等发展趋势以外，在技术方面，主要呈现出以下趋势。 １．数字化模具技术 近年来得到迅速发展的数字化模具技术，是解决 汽车模具开发中所面临的许多问题的有效途径。所谓 数字化模具技术，就是计算机技术或计算机辅助技术 （ＣＡＸ）在模具设计制造过程中的应用。总结国内 外汽车模具企业应用计算机辅助技术的成功经验，数 字化汽车模具技术主要包括三维设计、可制造性设计 （ＤＦＭ）、智能化型面设计技术、ＣＡＥ技术，模具制 造过程采用ＣＡＰＰ、ＣＡＭ、ＣＡＴ技术和在数字化技术指 导下处理解决试模过程和冲压生产出现的问题等。 并行工程、协同设计具有非常重要的意义，代表 了数字化模具技术的一个发展方向。除了模具开发本身 的并行工程和协同设计外，并行工程、协同设计与集成 制造意义更大。虚拟制造技术代表了数字化模具技术的 最高发展水平。 ２．高速加工和模具加工自动化 先进的加工技术与装备是提高生产率和保证产品 质量的重要基础。在先进的汽车模具企业中配有高速加 工机、双工作台的数控机床、自动换刀装置（ＡＴＣ）、 自动加工的光电控制系统、工件在线测量系统等已不鲜 见。数控加工已由单纯的型面加工发展到型面和结构面 掌雾 薯 ．．．．Ｅｘｐｅｒｔ Ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ 型 的全面加工，由中低速加工发展到高速加工，加工自动 化技术发展十分迅速。 一压模具的制造上，这是提高模具性能的有效方法，必将 进一步发展。 体化加工中心是一种粗精加工一体化的五面加 ６．管理的科学化与信息化 汽车模具技术发展的另一个重要方面是管理的科 学化与信息化。管理的科学化使模具企业不断地向准时 工中心，其优点是除底面加工之外，一次装卡可实现全 部加工面的高速、高精度加工，生产效率非常高，是模 具自动化加工技术的一个重要发展方向。 ３．高强度板冲压模技术 现在，汽车上应用高强度板已越来越多，而且， 其抗拉强度越来越高，９８０ＭＰａ以上的高强度板也已经 不少。与高强度板应用相关的不等厚激光拼焊板也已广 泛应用于车身零件的制造中。回弹控制是当前高强度钢 板冲压技术最重要的研究方向。这其中包括两个方面， 一是进一步提高回弹分析的精度，二是研究合理的模具 设计参数，如拉延筋、工艺补充面、压边力等。 ４．新型模具研发和产业化生产 我国汽车模具今后的发展方向之一就是调整产品 结构，大力发展结构复杂、精度高、技术含量高的高档 模具，包括多工位自动化模具、级进模、多功能模具以 及热成形模具等新型模具，这些类型模具的需求量将会 越来越大。为了减轻重量，铝合金等轻金属在汽车上的 应用将会增多，与此相适应的模具也将发展。随着模夹 一体化技术的发展，模夹一体化产品也必将得到发展。 级进模是一种高新技术模具产品，技术难度大， 制造精度要求高，生产周期长。其技术难点在于排样设 计优化、模具结构设计和高精度的制造技术。与国外相 比，我国的汽车冲压件生产用级进模具，在工艺排布、 制造精度、结构功能和使用寿命等方面仍存在较大差 距，每年还需大量进口。多工位级进模将是我国重点发 展的模具产品之一。 ５．模具材料与表面处理 在德国，小型和小批量生产用模具，常选用ＧＧ２５ 和铸钢ＧＳ４５５１Ｊ造；大型和大批量生产用模具，多选用 球墨铸铁ＧＧＧ６０、ＧＧＧ７０￣７含Ｎｉ、Ｍｏ元素的ＧＧＧ７０Ｌ 制造。在日本丰田公司，采用基体与刃口一体化的特殊 铸铁材料来制作修边模，使模具的制造成本大大降低。 铸铁整体刃口经表面淬火处理后，用于薄板料修边模寿 命可达几十万次。新型汽车冲模材料的研究与应用，是 影响汽车模具发展的一个重要问题。由于汽车模具的尺 寸大、用材多，降低模具材料成本对于增强模具产品市 场竞争力具有重要意义。真空渗氮、辉光等离子氮化、 激光淬火和激光熔覆等技术目前已成功地被用于汽车冲 制造（Ｊｕｓｔ—ｉｎ－Ｔｉｍｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）和精益生产（Ｌｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）的方向发展，企业管理更加精准，生产 效率大幅提高，无效的机构、环节和人员不断精简。 随着现代管理技术的进步，许多先进的信息化管理工 具，包括企业资源管理系统（ＥＲＰ）、客户关系管理 （ＣＲＭ）、供应链管理（ＳＣＭ）、项目管理（ＰＭ） 等，在模具企业得到广泛应用。作为企业信息化的基 础，ＰＤＭ（产品数据管理）、ＰＬＭ（产品生命周期管 理）系统也已在模具企业得到发展。ＭＥＳ是计划管理 层和生产现场系统之间的执行层，主要负责车间生产管 理和调度执行。以ＭＥＳ为核心的模具企业生产管理软 件在汽车模具企业应用已取得显著成效。 ７．模具的精细化制造 所谓模具精细化制造，是对模具的开发过程和制 造结果而言的，具体地表现为冲压工艺和模具结构设计 的合理化、模具加工的高精度、模具产品的高可靠性和 技术管理的严密性。模具精密细化制造其实并不是一项 单一的技术，而是设计、加工和管理技术的综合反映。 通过成形过程模拟技术、三维模拟设计技术、高 速加工和在线测量技术的综合应用，模具设计制造的可 靠性大大提高，国外有的企业不经修模的首次制件合格 率可达到８５％以上。模具精细化制造的目标是要达到钳 工只装不配少修，最终将达到完全不用修模的水平。 模具精细化制造的实现除了靠技术上的精益求 精，还要靠严密的管理来保障。 ８．模具的标准化 标准化对提高模具质量和水平、提高模具生产效 率、缩短模具生产周期以及降低制造和使用成本都有很 大意义。国外汽车模具的标准化程度要比我国高，技术 标准也比我国先进。国内尚无统一的技术标准，也无统 一的模具标准件，许多是采用国外相关标准，标准杂 乱。为了汽车模具产业的战略合作和进一步进入国际市 场，标准化是一个重要发展趋势与课题。 （本文第三部 分参考和引用了华中科技大学李志刚教授的观点，特此 致谢）ＭＷ （收稿日期：２０１００４１２） 珈一旺———
