汽车模具制造技术的发展趋势

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汽车模具制造技术的发展趋势

2023年11月14日

1. 汽车模具类型及其加工设备的特点

近年来，伴随着我国汽车工业的迅猛发展，冲压模具每年都在以 20% 的增速发展。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等与模具设计和制造有直接关系。如在一个车型生命中，周期最短、变化最频繁的是车身，车身开发的关键在于车身冲压模具的设计和制造，约占汽车开发时间的 2/3, 是制约新车型快速上市的关键因素。在我国，进口模具占据了国内中高端模具市场的 50% 左右。

汽车冲压模具的形式很多，可依工作性质 ,模具构造 , 模具材料三方面来分类。主要特征分类如下 : 根据工艺性质分类 : 冲裁模是沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等 ;弯曲模是使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具 ; 拉深模是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具 ;成形模是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等 ; 根据工序组合程度分类 :单工序模是在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具 ; 复合模是只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具 ; 级进模（也称连续模）是在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具 ; 依产品的加工方法分类 : 可将模具分成冲剪模具、弯曲模具、抽制模具、成形模具和压缩模具等五大类。冲剪模具是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具 ; 弯曲模具是将平整的毛胚弯成一个角度的形状，视零件的形状、精度及生产量的多寡，乃有多种不同形式的模具，如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等 ; 抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器 ; 成形模具是指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状，其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模 ;压缩模具是利用强大的压力，使金属毛胚流动变形，成为所需的形状，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。

2.汽车模具的设计制造全面推广数字化

模具的数字化技术 , 就是计算机技术或计算机辅助技术在模具设计制造过程中的应用。模具数字化设计制造及企业信息化管理技术（包括数字化设计、加工、分析以及制造过程中的信息管理，即模具的 CAD/CAE/CAM/DNC 技术）是国际上公认的提高模具行业整体水平的有效技术手段，能够极大地提高模具生产效率和产品质量，并提升企业的综合水平和效益。随着数字化技术的快速发展和普及 , 数字化已经应用到了模具制造的全过程。

所谓数字化模具生产技术，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。数字化模具制造技术能有效地提高模具的设计水平，缩短设计到生产的时间，缩短模具的制造周期，提高模具的质量。数字化汽车模具生产技术主要包括以下方面 : 可制造性设计（DFM），即在设计时考虑和分析可制造性，保证工艺的成功 ; 具型面设计的辅助技术，发展智能化的型面设计技术 ;CAE 辅助分析和仿真冲压成形的工艺过程，预测和解决可能出现的缺陷和成形问题 ; 用三维的模具结构设计取代传统的二维设计 ; 模具的制造过程采用 CAPP、CAM 和 CAT技术 ; 在数字化技术指导下处理解决试模过程中和冲压生产中出现的问题。以上方面基本涵盖了数字化汽车模具生产从设计到测试的全过程，共同组成了汽车模具生产系统，代表了当前汽车模具生产技术的前进方向。由于数字化的模具生产技术具有如上优势，将逐渐成为汽车模具制造领域的主流技术。

随着微机软件发展和进步，普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业需要加CAD/CAM 技术培训和技术服务的力度，同时进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算机和网络的发展可以促进 CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广，实现技术资源重新整合，使虚拟制造成为可能。高速扫描机和模具扫描系统具备从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，这样可以大大缩短模具研制制造周期。将快速扫描系统安装在已有的数控铣床及加工中心上，可以实现快速数据采集、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”。

汽车冲压模具的整个设计过程除了用到绘图软件 CAD 软件之外还应用了很多有限元模拟软件等来完善冲压工艺的设计。AutoForm 是由瑞士开发的模拟薄板快速成形的专业软件可用于薄板、拼焊板的冲压成形和液压胀形等过程的模拟调试，如果配合使用其它的软件功能，还可以进行拉深工序工艺补充面的设计及冲压件单步成形的模拟。

近年来，随着国家一系列政策的扶持引导以及市场需求的变化，数字化与智能化渐成国内模具行业发展新方向，而这也是解决目前国内模具开发中所面临的许多问题的有效途径。

3. 模具型心及电极加工模块化

模具厂家量身定做的模具中心，由一台电火花成形加工机床、一台 CNC 高速加工中心、一个料库和一台机器人所组成。由任务管理系统协调加工过程，根据任务优先原则对加工进行排序。料库由可识别芯片的 8 个 UPC 工件托盘和70~180 个 ITS 电极夹头组成，机器人和机床凭可识别芯片能精确、可靠地识别任何一个工件和电极。

模具中心可连续 24 小时进行可靠运行，工件在一次装夹后完成放入模具中心进行 CNC 加工及 EDM 放电加工，大大提高了加工质量，成倍提高了加工速度和产量，从而缩短了模具的生产周期。这种通过系统自动化技术，集成不同加工工艺已是模具制造技术的发展趋势。将电火花成形加工和高速铣削集成到了一个加工单元中，充分发挥各自的工艺优势，明显提高了设备生产效率、缩短制造时间和模具生产周期，并提高模具加工精度和机床使用率，从而达到降低模具加工成本。这些优势是采用单独运行的设备所不能取得的。

模具中心在接受作为订单的加工任务后，就可从 CAD/CAM 开始，建立加工项目，将工件加工过程中的工件加工程式，电加工程式放入相应的加工项目中，通过模具中心的中央控制系统进行机床控制、工件搬运、托盘夹紧、电极装夹和刀具选取、机床加工启动和已完成加工的工件成品卸下，以及在料库上工件的存取。所有物件移动工作由模具中心所控制的机器人自动进行，工人只需在装卸料工位把工件托盘装到加工单元的料库上便可。通过自动化解决方案把两种不同加工方式的机床集成在一起，实现了工件的综合高效加工。

高速铣削和电火花加工的结合，体现了模具加工工艺朝着高效低成本发展的趋势。这种自动化集成的解决方案应由一家同时生产电火花加工机床及高速铣床的制造厂家来供应。与同时掌握这两种工艺的厂家合作，无疑可获得工艺上不偏不倚的意见和投资决策的帮助。这一揽子解决方案同时也便于设备的维护和检修，让设备发挥最高效率。

电火花加工（EDM）虽然已受到高速铣削的严峻挑战，但其固有特性和独特的加工方法是高速铣削所不能完全替代的。例如对模具的复杂型面、深窄小型腔、尖角、窄缝、沟槽、深坑等处的加工，EDM 有其无可比拟的优点。复杂、精密小型腔及微细型腔和去除刀痕、完成尖角、窄缝、沟槽、深坑加工及花纹加工等，将是今后 EDM 应用的重点。为了在模具加工中进一步发挥其独特的作用，今后将不断提高 EDM 的效率、自动化程度、加工的表面完整性和设备的精密化和大型化，作为可持续发展战略，绿色 EDM 新技术是未来重要发展趋势。

4. 汽车模具一次到位的精细化加工

精细化加工的目的是大大减少钳工研修一次加工到位降低反复加工、后序弥补、人工修整及模具质量对钳工技艺的依赖等。如上下模刃口间隙直接加工到位不用钳工开间隙冲孔凸 / 凹模直接安装无需调试拉延模型面的高光顺性无接刀痕迹减少研合内覆盖件拉延模不用去刀痕不推磨凹圆角过切加工不用清根等。通过精细化加工和采用高水平的标准件再使零件的加工基准和装配基准一致实现钳工制造的只装不配少修即所谓的 “直接装配法” 是现代模具生产的管理方向。实现精细化加工要从模具设计、数控编程和数控加工入手如利用 CAE 技术进行模具的精细化设计。拉延模针对进料量不同而设计各种拉延筋同一套模具不同部位的拉延筋截面不同防回弹过拉延处理和最小压料面设计等可以大大减少型面加工、钳修和试模工时。精细化加工主要体现在提高模具型面加工精度和加工到位程度方面需要具备高刚度、高精度、高转速的高速精密数控铣床和高速刀具同时还要重视数控编程技术。其加工方法包括等高线加工、最大长度顺向走刀加工横向步距达 0.3mm、采用 30°倾斜角精加工避免 “零切削”来提高模具的表面精度、采用凹圆角过切加工不用清根等。

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。例如，在模具型面的精确设计中经验的积累十分重要，必须有一套严密的技术管理制度。在丰田公司，初次试模时钳工不能随便修调模具，调试模具须有模具型面设计人员在场，将试模缺陷记录下来。对于拉延筋、拉延圆角的变动等，均需现场测量，一一记录。这些资料的不断积累，丰富了企业的设计经验，也使以后的设计更加精确化。

高速切削加工技术的应用大大提高了模具型面的加工精度，使模具型面的精确加工成为可能。在国外，刃口镶块的高精度加工可以达到合模时无需对间隙的程度。国外一些汽车模具厂家，加工完成后的模具可以不必修圆角、对刃口、开间隙、修清根，模具型面可以不用研合。通过成形过程模拟技术、三维模具设计技术、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试压制件合格率可达到 80％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。

5. 汽车模具快速原形制造技术

快速制模 (RPM) 技术大都是依据快速成型制作的实体模型即样模 ( 母模 ) 采用拷贝方式 ( 如金属喷涂、电镀、复合材料浇注、精铸等 ) 来快速制造模具主要工作零件 ( 凸、凹模或模腔、模芯 )，其制造周期一般为传统的数控切削方法的1/5~1/10，而成本却仅为其 1/3~1/5。快速原形制造技术是近 20 年来制造技术领域的一次重大突破。它是综合利用 CAD 技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术激光技术于一体的新技术，是当前最先进的零件及模具成形方法之一。RPM 技术可直接或间接用于模具制造，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等优点。缩短产品开发周期是赢得市场

竞争的有效方法之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需要，是综合经济效益较好的模具制造技术。未来快速原形和快速经济制模具新技术将会进一步开发、提高和应用。快速制模技术制模周期短、工艺简单、易于推广、制模成本低、精度和寿命能满足某种特定的功能需要，综合经济效益良好，是一种快捷、方便、实用的模具制造技术，特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。企业间的竞争日益加剧，产品开发周期要求越来越短，为快速制模技术提供了发展机遇和发展空间。随着工业化生产的发展，快速制模技术越来越受到产品开发商和模具界广泛重视，对其研究正方兴未艾，新的技术成果不断涌现，呈现出生机勃勃的发展趋势，有着强大的生命力。

6. 结语

近年来，我国汽车工业的快速发展极大地带动了汽车模具行业的发展。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具产业除了要继续提高生产能力，广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需要，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高，以实现模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展，以实现我国模具工业的跨越式发展。

图文来源 | 世界机床

AMTS 2024

上海国际汽车制造技术与装备及材料展览会（简称AMTS）将于2024年7月3-5日在上海新国际博览中心W1-W5及E1-E3展馆隆重举行。AMTS于2004年首次举办，历经19年、现已成为国际汽车工程领域公认的行业盛会及技术、产品展示平台。

中国在全力推动新能源汽车和智能网联汽车世界级产业集群的发展，为响应这一行业发展趋势，AMTS对自身品牌及内核进行了升级及重新定义！

此次品牌升级将展会前瞻技术展示提升到了空前高度，隆重推出EVTech World 2024及EVTech Show 2024主题馆。EVTech World 2024面向新能源汽车的设计及研发工程技术人员展示设计开发工具、模拟仿真及软件、造型及试制、测试及认证及前瞻技术应用等。EVTech Show 2024将成为整车厂展示技术的秀场，集中呈现紧扣新能源汽车行业热点的前沿技术成果，引领和带动汽车工业发展。我们还新规划了动力总成主题馆及底盘专区，突出展示新能源动力电池、一体化底盘最新技术及工程解决方案。

另外，AMTS品牌升级更将展会布局全球，大举开拓巴西、印尼、日本、韩国、泰国市场，与一众行业领军品牌竭力推动全球汽车制造产业的发展与变革，迎接中国新能源汽车产业集群出海机遇与挑战。同时为加速变革以应对数字化和可持续发展带来的挑战，AMTS筹建数字商务圈及承办中国汽车技术转移大会等超百余场细分主题会议，结合工厂/项目考察、精准商贸配对、线上研讨会、在线展厅、便携移动展厅ReedConnect等一系列线上、线下定制化服务，全面提升参展品牌影响力与传播力，高效促进商贸交易与技术交流，为您提供无限商机！

AMTS 2024预计将吸引70,000专业观众（人次）亲临现场参观洽谈。欢迎参展！

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