中国汽车模具60年的发展历程及今后趋势

    模具是汽车工业的基础工艺装备，汽车上90%的零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、中国汽车模具的发展历程

    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，冲模车间于1955年5月正式投产。

    1958年，一汽开始试制和生产红旗轿车和越野汽车，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-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-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。

    20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。

    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口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。

    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，取得了显着成效。

    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。

    东风汽车公司自行开发的冲模用三种铸铁（H215、H235、QT600-3）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。2001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已开始生产，并且在CAD/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。

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。

    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100亿元，其中产值超亿元的企业已有10多家，5000万~1亿元的企业有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着特点，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5月，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着提高，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着提升；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。

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1500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。

    一体化加工中心是一种粗精加工一体化的五面加工中心，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GS45制造；大型和大批量生产用模具，多选用球墨铸铁GGG60、GGG70和含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。

    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制造（Just-in-TimeManufacturing）和精益生产（LeanProduction）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着成效。

    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）