汽车覆盖件模具设计

发布：2008-6-9 16:46:53  来源:模具网  浏览 39 次  编辑：佚名

摘 要：根据汽车覆盖件模具设计的经验和规则，在UG平台上将模板技术和参数化方法应用于汽车覆盖件模具的设计中，能够大大地缩短传统覆盖件模具设计的周期，达到快速响应制造。本文研究了参数化模板技术在汽车覆盖件冲压模具设计中的应用方法，并实现了一套压形模板，经过实际应用，证明该模板简化了设计过程，提高了设计效率。 

关镶词：覆盖件；模具；参数化；模板；模块化 

快速响应制造(BapidRgpnse Manufacturing，RRM)，最初是由福特汽车公司提出的，其目的是建立集成环境同时使工程技术人员有效地使用计算机仿真和处理技术进行产品的开发、设计和制造，缩短产品的市场响应时间，提高质量和可靠性，同时降低成本。参数化模板技术的设计思想是为快速模具结构设计服务的，缩短模具结构生成和出固的耗时，减少冲压工艺分析设计和依据图纸进行模具制造中间的时间间隔，从而更好的满足MzM的要求。 

模板是将一个事物的结构按照其内在的规律予以固定化、标准化的结果，它是结构标准化的具体体现。参数化模板技术利用帜D设计的参数化技术，将模板的尺寸进行全关联，用主要参数来对其他参数进行驱动。参数化模板技术的应用必须建立在特征建模的基础之上。在此以UG为开发平台，运用UG完善的参数化机制和强大的CAD功能进行特征建模，尤其UG所提供的装配功能和WAvE技术使参数化模板技术具有更广泛的适应性和更强大的生命力。 

1 模板的设计和创建 

1.1 参数化模板技术应用方法研究 

模板是结构标准化的具体体现，那么模板中的每一个标准化结构都可以看作是一个模块。将各个模块建模，然后利用UG的装配功能把模块拼装，便完成模板。同时，模板的设计中应该融入一定实际生产经验，这样模板才具有权威性。 

针对模板中使用的标准件(模柄、螺栓、螺钉、导校导套等)，最好建立标准件库，这样在由模板生成具体模具时，当标准件的规格需要变换时，能够直接从标准件库中提出，方便省时。标准件库的建立工作量大，内容复杂，当然工作环境仍然是UG。根据零件的形状和尺寸，首先在计算机中以工程草图的形式画出，尺寸以参数形式表示，然后对这些参数赋以不同的值，就能够建立起一组形状相同、规格不同的标准件。 

模具作为一种特定结构的机械产品，进行模块化设计时，既与传统模块化机械产品设计有许多共同之处，又具有自身的特殊性。模块的正确划分是模板制作的关键，要兼顾两个方面：一是模具的结构，二是是否有利于实现参数化。下面具体结合压形模阐述一下模块的划分。在深刻分析压形模具结构特点的基础上，抽象出所有压形模具的共同特征，要将上述两个方面统一起来对模板划分模块。从结构上看，压形模具结构简单，可分为二个模块：上模、下模，没有压边圈。从是否有利于实现参数化的角度看，压形模具可分为模架模块和专用型面模块。模架模块是指结构相对规则的上下模架部分，主要起定位和支撑等作用。专用型面模块是指型面结构变化部分，不易实现设计参数化，是覆盖件成形的关键部分。考虑到模具要固定在机床上，专用型面模块的外形直接受型面的控制，所以将压形模板分成6个模块：上模基座、下模基座、上模型体、下模型体、机床和型面。这样划分的优点有：U将上、下模划分为基座和型体，因为基座是少变化和稳定的，结构相对规则，易于实现参数化；而型体外形则是多变的，不规则，不易于实现参数化；当型体由于突变失效时，不至于牵连基座；2)不同的产品，要求不同的模具型面，所以相对于模具其他部分来说，型面的多变和复杂性最突出，将型面单独作为一个文件，便于对它的操纵和控制；3)机床的加入是为了保证机床和模具基座压板槽的吻合。 

1.2 压形模板的创建 

基于上述参数化模板技术在汽车覆盖件压形模板设计中应用方法的分析，根据对压形模板的模块划分，对各个模块在UG中建模，然后装配成为压形模板。 

1.2.1参数化特征建模 

参数化模板要求其中的曲线、曲面、实体的形状、尺寸和空间位置都是可变的。在UG中，只有作为特征，其形状和空间参数才是可以改变的，同时在参数之间建立关联。 

参数化关联机制在压形模板中建立方法将生成模板的所有参数分成2种即控制参数和受控参数。受控参数的值通过公式由控制参数决定，在UG中是通过表达式功能来创建参数之间的公式关系。但由于装配部件也较多，这样所有的控制参数总共也较多，所以又将控制参数分成主控参数和非主控参数。非主控参数的值也是通过公式由主控参数决定。这样模板的所有参数将全由主控参数来决定，减少了需要修改的参数个数，增强了模板的实用性。经过不断修改，目前压形模板的主控参数有总装文件的模具闭合高度、送料高度和下模基座文件的四角平台长、四角平台宽、筋板宽、模具长度、模具宽度、模具高度和基准高度等。除了使用公式在参数之间建立起关联，还可以在草图中通过几何定位确定参数的关系。 

草图是UG中实现参数化的最强大工具，草图实际上就已经决定了其后要生成实体的方法，它实际上就是对所描述对象建立数学模型，其后面的三维造型工作只是将它所表达的思想实现出来。 

以下模基座草图为例说明使用草图的方法。在头脑中先构思出下模基座的大体结构，有四角平台、压板槽、底板加强筋、侧加强筋、导腿。选择下模基座的底面为草图附着面，初步生成的草图如图1所示。其中1是用于生成底板加强筋，先生成一长方体，然后使用自定义特征(事先已经做好，存在自定义特征库中)。2是用于生成导腿，关于YC方向做镜像，便得到两个导腿。3是用于生成四角平台，4是在四角平台中挖空，用于减重。5是用于生成侧加强筋，然后在xC方向做阵列，再关于xC做镜像。6是用于生成压板槽(使用自定义特征)，然后方法同侧加强筋。7是用于生成侧加强筋附着面。经过镜像和填补最后得到草图形状见图2。 

1.2.2 装配和WAW技术 

模块造形完毕需要装配成模板。UG为建模提供了强大而有效的装配功能，为了完美地实现参数化模板的目标，模块之间的装配定位应当使用约束定位(Mte)，而且应当尽可能地使用WAW技术，WAVE技术的突出特点是它的相关拷贝功能。在压形模板的设计中，上模基座就是通过下模基座WAVE生成，秉着求同存异的原则，上模基座除导腿外，与下模基座相同，所以建立上模基座时，应用WAVE技术，将下模基座的草图抽取过来。这样设计工作不仅简便，而且避免了大量的参数关联。压形模板的装配树和约束关系如图3所示。 

然后装配上相应的标淮件，最终得到的压形模板如图4所示。可以看出这一压形模板已经与真正的压形模具相差不大了，模具的基本结构形状已经具备，必用的标淮件已经装入，结合特定的用户要求，只需作很小的改动就可以成为一套真正可以应用于实际生产的模具。 

2 设计实例 

压形模往往用于零件的初次成形，以某车型的翼子板压形模结构设计为例说明该压形模板的使用情况。 

调出压形模板，首先根据用户要求确定的闭合高度和送料高度修改总装文件中的对应主控参数，然后设定其他主控参数。表1为本次设计中确定的部分主控参数。 

设定压形模板中主控参数的数值后，系统能够根据模板中的约束和相应计算公式，将模具中的其他尺寸参数确定下来，如加强筋个数、压板槽间隔等；同时，导板、定位板等标淮件的型号和起重棒等标淮结构的尺寸，也能够根据模板中的公式和约束关系得到相应的调整。通过对模板中主控参数的数值更新，得到了针对某一特定零件压形工艺使用的模具，此时应当在UG中观察模具结构，对结构中不尽合理的地方根据实际情况手动改正。 

根据用户给定的三维工艺型面，经过适当的处理，取代模板型面模块中的预先给出的曲面(假想工艺型面)；这时，下模型体和上模型体中WAVE所得的分模线、胚料线和型面的状态是断开链接(broLen linked)，所以需要应用WAVE技术建立新的联系，即用新的分模线、胚料线和型面取代上、下模型体中分模线、胚料线和型面。 

3 结束语 

1)体现参数化设计的思想，把模具结构模块化，然后在UG开发平台上对各个模块分别特征建模，运用UG所提供的强有力的草图约束和装配功能，建立模具参数化模板 

2)研究了参数化模板技术在汽车覆盖件冲压模具设计中的应用方法，实现了一套压形模模板，经过对某车型翼子板压形模设计的实际应用，证明模板技术简化了设计过程，提高了设计效率。

文章内容：五菱汽车*1992.226速将非常缓慢.混台驱动系统的巨大潜能在于利用电能来节省燃料.假如电能来自非矿物的原始能源,则可更加减少.的排出.研究表明,混台驱动汽车能节省燃料超过2,而纯电力驱动汽车舅ⅱ只有5～6.因此我们可得出这样一个结论,混合驱动是一种用途很广的驱动形式,在所有乘用车上的使用前景是非常有潜力的刘东涛译译自美刊机动车工程贻￡校圈5电机装在两个离舍器之同的单轴混夸驱动摹蟪(和寿离分器)验收炊日本引进的微型汽车车身大型覆盖件模具的经验寻.;一,一连挪州微型汽车厂从丑本三菱代车公司(..)引进新100撖型汽车的车身制造技术;车身大螫覆盖件模具及焊装夹具,其中车身大壅覆盖谇模其75套,捡验夹具8套,这是技术引进合同的主要组成部分,对提高国产新式微型汽车,1010产品外观质量是致关重要的.引进并消化这75套车身太型覆盖件模具的设计,制造,调试及验收方面的技术与经验,对提高我国汽车覆盖件模具的水平很有参考与借鉴的价值.这75套模具全是100型的25种大型覆盖件的外越零件的模具,对外型零件的模具要术是精密度高,外观轮廓清晰,美观,光洁度高,匮拇过凌好,相互配合好,而且还要符合产品图上的尺寸要求和技术要求.=,日本缜真的稀点这批摸具的设计,结构合理,巳生产出台格的产品,适合在具有理代化设备的工厂使用,即需要装夹在现代化的,太吨位的压力机上生产.这些摸其有以下特点;,外形尺寸大这75套模具全是型的25种大型覆盖件外形零件的模具,尺寸大,形状是复杂流饯形,符合流体力学中良好的受力状况(即风阻系数小).由于尺寸大,这批横具都要装在大型压力机上,如335251高顶篷压延模,就必须要装在1000/600上的压力机才能工作,因为高顶篷压延模的外形尺寸为;950950214027"五菱汽车》1992.2×3720压延时所需的压力约75吨.2,形状复杂而精度高由于这些零件形状复杂,空间蓝面多.零件之间的配合部分和连接部分要求配台好,也就是对空间曲面,形状配合精度要求高,即是空间形状各个坐标尺寸都有一定的精度要求,这就是说模具必须具备这些条件,所以这些模具的主要零件都经过三坐标测量,而曲面形状的三维空闯坐标点都经过计算机辅助设计(),经计算机屏幕显示和检查,输^程序,然后制成磁带即计算机埔助制造(),将这些磁带放进具有程序控制的仿型机床(仿型铣柬).经过这些具有高精度机床的加工,使加工后的模具在空间状态下的各项精度达到技术要求.在切边模,上模和下模刃口形状完全吻合,间隙配合均匀,符合冲裁时所需的间隙值,即是台理的间隙,所以冲裁下来的零件毛刺均在.2毫米以下,不用增加零件去毛刺工序.综上所述,日本汽车行业模具制造的典型工艺过程归纳如下;根据主模型,利用三坐标洲量仪铡出数据(其中分别加减材料厚度),或者根据.所提供磁带数据根据所得数据输人转换磁带()将磁带输入给数控仿型铣加工模具()进行手工打磨投人批量生产.3,模具外观光洁,整齐和型腔表面质量好从模具的整体来看,由于它的铸件是实型铸造,铸件表面较为光洁.由于是实型铸造,铸件壁厚取4毫米左右,所以从整体上看模具显得较薄.这些零件均为外覆盖件,其外型表面质量是具有较高的要求.为了使汽车表面达到美观,光滑,轮廓清晰,圆角过渡均匀,所以模具型腔的光洁度要高,各方面精度也要求高.这些模具的形腔表面光洁,粗糙度低,基本上达到要求.蓝面过渡均匀,手惑好.所以经过这些模具冲压出来的零件表面光洁美观,没有波纹,皱纹和凹痕.已给下一步工序一一油漆打下了良好的基础.另,在模具的非重要表面,粗糙度就大了.这点是符合慎具加工制造成本造价低的原则经济性好.4,摸具设计工序集中化,复合程度高根据梆州微型汽车厂汽车的生产纲领,确定了这批覆盖件的冲压方案.为了保证质量,高效率,原材料的低消耗,模具制造成本低,这批汽车覆盖件模具都是工序集中,复台程度高,也就是指在一套模具,一次冲压动作,同时将几个位置,坐标方向不同形状的孔,边切下,或翻边.为了保证这些中冲压动作同时完成就采用斜楔,滑块结构.采用这种方法效率高,精度也能保证.当然,这样的模具结构就复杂,制造难度较大.5,顶件装置和退料装置在模具压制零件后,需将零件从型腔退出或顶出.它的顶件装置要可靠,台理和方便.当上模完成动作向上肘,机床的上滑块到一定位置时,气缸工作,顶件装置则动作,零件受冲击力而波顶起,操作工便很容易迅速地将零件拿走.在大压力机工作时,气缸力是很大的,零件会受到很大的顶出力.为了保护零件表面受到顶力不变形,表面不被顶伤,则在顶件装置上装上"塑料草"起到缓解冲击力妁作用,达瓠了保护零件表面的作用.退料装置;为了使废料边易于取出,这批模具多采用切断废料刀.在切边时,废料边在切后,使废料很快地从四周跃下,排料方便零件易取出,见图."五菱汽车992.2圈图说明,按(三菱)标准虚料刀低干下刀口2～4毫米寿宜6,导板,器的应用①导板的应用棋具的导向是模具设计中不可缺少的部分.日本模具设计考虑得比较细致和周到,一般平面上的开料模仅用导柱,导套来导向就行了.但在成形摸和多曲面的剪边,翻边就同时采用导柱,导套,导板联合使用,见图2.此结构为导柱,导套定位.导板承受侧古1力,上导板用螺钉固定在上接弦,下导板固定在导板座,导板座固定:漠板上,由下导板或称防磨板来调整上下模间隙.这种结构定位可靠,受力状况良好,制造方便.在日本,导板和防磨板有专业厂生产,是属标准件.在导向面上有油槽存油,或有吸油存油的润滑剂制成.③器的应用1日本制造的每套模具都有器.器能保证上下模刀口的安垒,是挂具存放时控制上下婆刀口有一段距离,在上横救下时刃口不被相撞而碰坏.茸2《五菱汽车》1992.2器还能上下模的行程.考虑对压延模或翻边模的行程.磨配器使模具调整完毕后,器定下闭台高度,便于以后行程的调节.器由链条锁住在下模扳上.7,模具闭合高度不统一日方为了尽量追求模具造价低,节约原材料,模具壁厚较薄,所以闭合高度较低,而且闭合高度不统一,增加了装模时调整机

汽车覆盖件

汽车覆盖件的概念

汽车覆盖件（以下简称覆盖件）是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。

覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。

汽车覆盖件的分类

按功能和部位分类，可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求，内部覆盖件的形状往往更复杂。

按工艺特征分类如下：

（1）对称于一个平面的覆盖件。诸如发动机罩、前围板、后围板、散热器罩和水箱罩等。这类覆盖件又可分为深度浅呈凹形弯曲形状的、深度均匀形状比较复杂的、深度相差大形状复杂的和深度深的几种。

（2）不对称的覆盖件。诸如车门的内、外板，翼子板，侧围板等。这类覆盖件又可分为深度浅度比较平坦的、深度均匀形状较复杂的和深度深的几种。

（3）可以成双冲压的覆盖件。所谓成双冲压既指左右件组成一个便于成型的封闭件，也指切开后变成两件的半封闭型的覆盖件。

（4）具有凸缘平面的覆盖件。如车门内板，其凸缘面可直接选作压料面。

（5）压弯成型的覆盖件。

以上各类覆盖件的工艺方案各有不同，模具设计结构亦有很大差别。

汽车覆盖件的特点和要求

与一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高等特点。覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。因此，在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来，作为一各特殊的类别加以研究和分析。

覆盖件的特点决定了它的特殊要求。

1、表面质量

覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观，因此覆盖件表面不允许有波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷。覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰、平滑、左右对称和过渡均匀，覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅，不允许参差不齐。总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求，更要满足表面装饰的美观要求。

2、尺寸形状

覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。

3、刚性

覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松驰和鼓动现象。

4、工艺性

覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性。覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性。覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添上工艺补充部分，构成一个拉延件。

工艺补充是拉延件不可缺少的组成部分，它既是实现拉延的条件，又是增加变形程度获得刚性零件 的必要补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的的性能有关，形状复杂的深拉延件，要使用08ZF钢板。工艺补充的多余料需要在以后工序中去除。

拉延工序以后的工艺性，仅仅是确定工序次数和安排工序顺序的问题。工艺性好可以减少工序次数，进行必要的工序合并。审查后续工序的工艺性要注意定位基准的一致性或定位基准的转换，前道工序为后续工序创造必要的条件，后道工序要注意和前道工序衔接好。

汽车覆盖件制造中的薄板冲压数值模拟技术

汽车覆盖件是汽车产品最重要的组成部件之一，一般是通过大型模具采用冲压工艺加工制造而成。车身覆盖件要求表面平滑，不允许有皱纹、划伤、拉毛等表面缺陷，要求具有足够的刚性和尺寸稳定性。这些都与加工过程中的板壳力学问题息息相关，而成形过程中的力学问题非常复杂，只有采用数值技术才能使问题得到简化。

汽车覆盖件成形加工生产目前主要依靠传统经验设计来制定冲压工艺、开发相关模具，具有相当大的随意性和不确定性。然而板料成形的力学过程及成形影响因素非常复杂，是一个集几何非线性、材料非线性、接触非线性于一体的强非线性问题，用传统的解析方法很难求解。塑性成形理论经过100多年的发展，已相当成熟。随着计算机应用技术的普及，板料塑性成形过程用有限元方法进行数值模拟已成为一项有效解决该问题的高新技术。

汽车覆盖件包括覆盖汽车发动机、底盘、构成驾驶室及车身的所有厚度3mm以下的薄钢板冲压而成的表面和内部零件，其重量占到汽车用钢材总量的50%以上。汽车覆盖件具有材料薄、形状复杂、多为复杂的空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。在冲压时毛坯的变形情况复杂，故不能按一般拉伸件那样用拉伸系数来判断和计算它的拉伸次数和拉伸可能性，且需要的拉延力和压料力都较大，各工序的模具依赖性大，模具的调整工作量也大。汽车覆盖件成形过程中板料上的应力应变分布情况非常复杂，成形质量影响因素较多。从变形方式看，板料的成形是拉延、翻边、胀形、弯曲等多种变形方式的组合过程。对一个给定的零件来说，一套合理的模具和工艺方案的确定，不仅要靠实践经验和理论计算，还往往离不开反复地试模和修模。因此汽车覆盖件模具设计的主要任务就是要解决好冲压过程中板料不同部位之间材料的协调变形问题，既要避免局部区域过分变薄甚至拉裂，又要避免起皱或在零件上留下滑移线，还要将零件的回弹量控制在允许的范围内。

目前，板料冲压过程的计算机分析与仿真技术（非线性有限元分析技术）已能在工程实际中帮助解决传统方法难以解决的模具设计和冲压工艺设计难题，如计算金属的流动、应力应变、板厚、模具受力、残余应力等，预测可能的缺陷及失效形式，如起皱、破裂、回弹等。在汽车覆盖件的设计中采用数值模拟技术能从设计阶段准确预测各种工艺参数对成形过程的影响，进而优化工艺参数和模具结构，缩短模具的设计制造周期，降低产品生产成本，提高模具和冲压件产品品质。

我国汽车覆盖件模具的发展概况

1、近年来汽车覆盖件模具生产能力发展很快

由于汽车覆盖件模具市场需求旺盛，因此许多企业加大了技术改造力度，一些新建企业也快速发展，使汽车覆盖件模具的生产能力大为提高。经过技术改造，原来行业中公认的四大模具厂（一汽模具制造有限公司、东风汽车模具有限公司、天津汽车模具有限公司、四川成飞集成科技股份有限公司）都已有了生产大中型汽车覆盖件模具200万左右工时的能力，模具年产值都超过1亿元，有的还超过了2亿元。这与2000年时相比，能力已增加一倍以上。除此4家外，近年来新涌现了一批年产模具可以超过或接近1亿元的企业。例如福臻实业公司、普什模具有限公司、北京比亚迪模具有限公司、哈尔滨哈飞汽车模具制造有限公司，跃进汽车集团南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模具有限公司、河北兴林车身制造集团有限公司和潍坊模具厂等。此外具有年产5000万元左右汽车覆盖件模具能力的企业全国还约有10多家。这20多家的汽车覆盖件模具生产企业是目前的主力，总能力已有20亿元左右。再加上其他一些小企业，估计全国目前已有30亿元左右的汽车覆盖件模具生产能力。

从近年来发展情况看，民营企业发展很快，外资企业也开始进入中国，其中日资和台资最为活跃。现在生产汽车覆盖件模具的企业越来越多了，光是在2004年5月第十届国际模具技术和设备展览会上参展的厂家就有40多家。估计目前全国已有百家以上了。例如，被中国机械工业联合会授予“汽车模具之乡”的河北省泊头市已有20家生产汽车覆盖件模具的企业，2004年销售额已达4亿元。上海目前也已集中了10家左右的汽车覆盖件模具生产企业，总能力也有3亿元左右。比亚、长城、瑞风、屹丰、华庄、千缘等一大批民营汽车模具生产企业由于投资力度大、起点高、服务对象明确，已成为异军突起的生力军。

由日本丰田汽车与中国一汽合资成立的丰田一汽（天津）模具有限公司已正式开业，将很快形成3个车型模具的生产能力。由日本本田商事株式会社投资兴建的烟台骏辉模具有限公司也将很快形成较大能力。

日资、合资等独资和合资的汽车模具生产企业，由于其资本雄厚、技术先进、管理成熟，又与海外模具客户有渊源的关系，并带来了大批的经营、技术和管理人才，因此能在很短的时间内形成生产和经营能力。

除了各个企业自行发展生产能力之外，企业之间联合、协调与协作能力近年来也有较大提高，某些地区已形成了汽车覆盖件模具集聚生产基地的雏形，这些集聚生产基地都形成了汽车模具企业群和专业配合密切的供应链。这些都对能力发挥有很大帮助。除了上海和河北省泊头市各有不少汽车覆盖件模具生产企业集中在一起之外，湖北省十堰市、天津市及周边地区、哈尔滨、成都等地都相对集中了一批汽车覆盖件模具生产企业，并已形成了一些协作关系，从而提高了整体能力。随着一些模具“龙头”企业规模的扩大和组织、协调能力及技术实力的增强，单个模具企业承接整车模具的能力已形成，甚至一年内可承接多个车型的整车模具。与此同时，行业中已初步形成了企业专业化分工和集团化经营，从而增强了模具企业的整体实力。

2、近年来汽车覆盖件模具的技术进步成效显着

在汽车产量和车型近年来快速发展的同时，汽车价格一年比一年降低，有些车型甚至一年降价多次。汽车降价的结果就迫使汽车生产厂要降低成本，从而也对模具提出了降价要求。对此，许多模具厂认为这对模具厂不利，但也有一些模具厂认为这是利好消息。这怎麽理解？这是因为汽车厂要降低模具价格，当然包括进口和国产都在内的所有模具，而现在国内模具价格与国外相比要低得多，因此，汽车厂会在降低模具采购成本的要求下把一部分模具从国外采购转为国内采购，这样一来，不但模具厂订单会增加，而且这部分模具价格会比较好。这就是利好的理由。不管是接受原来要进口而转为国内采购的模具还是接受原来就是国产而现在要求降价的模具的订单，都要求模具生产企业在管理和技术等方面取得进步才能胜任。这就迫使模具企业积极采用新技术，努力改善企业管理来提高自身的综合素质和核心竞争力。向技术要效率，向管理要效益，已成为许多模具厂不断发展的主要方法。目前，中国的汽车模具企业在规模、计算机应用、数控加工机床、调试设备等主要硬件上与国际水平差距正在快速缩小，甚至有一批企业已经达到世界先进水平，技术进步明显。

汽车覆盖件模具生产企业近年来的技术进步主要表现在如下几个方面。

（1）装备水平有了很大提高

无论是近年来新建的企业还是经过技术改造的老企业，无一例外地都大量采购了先进的数控设备，这些设备中包括了三轴至五轴的高速加工机床、大型龙门式加工中心和数控铣等机床、先进的大型测量和调试设备及多轴数控激光切割机等。目前许多模具企业已拥有了10台左右的大型数控设备，有些企业已拥有了30多台。目前全行业已约有大型数控加工设备400多台，因此，生产汽车覆盖件模具的水平和能力已大为提高。过去，一个企业很难在一年内完成整个车型的模具，现在一些骨干重点企业已完全有这个能力了。个别企业通过行业协作还具备了一年内可以同时完成4~5个车型全套模具的能力。大部分企业还同时配置了许多先进的软件。根据现在装备水平看，国内已经有了一年完成20个以上车型整车模具的能力了。

（2）设计和加工技术有了很大提高

近年来，企业使用三维CAD的已越来越多，有的企业已经达到百分之百的应用。与此同时，CAE技术也得到广泛应用。一方面是从国外引进的CAE软件，经过二次开发，应用水平有了较大提高；另一方面是国内自行开发，拥有自主知识产权的、先进的CAE软件也已在生产中得到成功应用。目前已经应用的CAE软件主要有引进的LS、DYNA3D、DYNAFORM、PAMSTAMP、OPTRIS、AUTOFORM及国内自己开发的VFORM、KMAS、sheetForm和CADEMⅡ系统等。作为汽车大型覆盖件模具开发中的核心技术——CAE技术，现在的CAE软件已在传统的只作成形分析上实现了升级，能参与冲压工艺的全过程，在分析内容的广泛性、实用性、精确性方面都有显着的进步。这对产品设计与工艺分析、提高模具特别是拉延模的成功率、缩短模具制造周期、提高模具质量都有显着作用。数字化制造、逆向工程、并行工程、敏捷制造、精益生产等先进技术也已在汽车覆盖件模具生产中得到了应用，并产生了良好效果。在模具厂普遍采用CAPP虽然有很大难度，但也不乏成功的例子。以前很少采用的高速加工技术现在也越来越多地被采用，可以说是已经到了开始广泛应用阶段。把模具设计中大量的经验、标准和规范与CAD/CAM技术系统融为一体的智能化和自动化的全方位（从数据到产品）模具设计和加工的解决方案的有关软件也已开始被应用，并有效地提高了模具质量和缩短了模具生产周期。前不久，一批留学美国和加拿大并在美国汽车模具行业从业多年的技术人员在重庆组建了DSI数码模系统（重庆）有限公司，创建和应用了数码模技术。这项技术依靠先进模具与冲压工艺的设计和模拟技术相结合的模具专家系统，将推进国内传统的制模方式向计算机技术为支撑的模具工程方向转变的进程，对缩短模具生产周期及降低成本，将起到很好的作用。也有一些企业已实现了CAD/CAE/CAPP/CAM一体化，从而提升了企业的综合水平。其他如测量技术、表面涂镀技术、综合检具工装、标准化应用以及快速成型技术与快速经济模具的成功结合等，近年来也取得了不少进步。一些骨干企业以及外资企业在国内设立了一些独资或合资的汽车覆盖件模具的设计与研发中心，有些企业还与国外有关公司进行合作开发和合作设计，这也为行业的技术进步创造了有利条件。

（3）模具水平有了很大提高

由于装备水平和设计加工技术的提高，再加上人员素质的提高及一些新技术的应用，近年来，国产汽车覆盖件模具水平也随之有了很大提高。模具水平的提高是多方面的，体现在模具生产的全过程。过去不能生产的模具现在能够生产了，这更体现了水平的提高。现在，包括高难度整体侧围和翼子板在内的中档轿车全部覆盖件模具国内已能生产。为合资企业国外车型配套的模具和一些出口模具，也可以通过国外（如日本、德国）公司的标准验收。国内一些骨干企业已实现了从局部零部件、中低档轿车模具过度到整车零部件、中高档轿车模具产出的能力。与自动化压机配套的大型连续模和多工位级进模现在国内也已有了较高水平的产品。国内高端模具水平与国外的差距正在缩小。中高档轿车模具全部依赖进口的现象正在逐渐得到改变。近年来用于自动化生产线生产的覆盖件模具和大型多工位自动化模具的出现也说明了模具技术质量等综合水平和实力的进步。

由于CAD/CAE技术的普及和运用积累，国内有些企业在DL图设计冲压工艺分析方面已接近国外水平。标准化结构、标准件、曲型性结构的运用及其在此基础上的灵活处理，已使模具结构复合程度高、结构布局合理、使用可靠得到满足。有些单位随着高性能加工设备的使用和CAM技术的成熟，还建立了相应的知识库、刀具库、主轴头库等，可实现虚拟加工以检查干涉。有些企业还自主开发了可以避免过切的软件，应用后可完全防止数控机床的过切。精密加工、多轴联动加工、倾角加工方法的运用，实现了模具制造质量的提高。实型铸造技术的进步为模具提供了更好的铸件毛坯。多品种、高质量的标准件为模具标准化提供了条件，使模具生产周期大为缩短，同时还降低了成本。2004年，德国大众本部、大众中国、一汽大众和上海大众对中国的模具供应商做市场评定，认为一汽模具制造有限公司等企业已完全具备了为大众集团提供轿车外覆盖件模具能力，这也充分说明了近年来我国汽车覆盖件模具水平的提高。

基于UG的汽车覆盖件模具设计

   继2002年和2003年“井喷”式的发展之后，2004年，中国的汽车工业仍旧获得了产量增幅14.12%，销售增幅15.5%的高速发展，汽车总产量已超过507万辆。除了产值产量高速发展之外，近年来汽车车型发展速度也很快。据不完全统计，单是轿车一项，目前已有40多个品牌，200多个车型。2004年上市的新车就有40款左右。无论是产量还是车型，现在都已远远突破了原来的汽车行业“十五”规划。在这样一个新形势下，汽车覆盖件模具市场就有了相应的快速发展，同样是远远突破了“十五”规划的设想。按“十五”模具行业发展规划，模具产值“十五”期间平均年增长率为12%，至2005年时将达到490亿元左右。实际上现在的情况是“十五”前四年平均年增长率已达17.3%，2004年模具产值已达530多亿元，比原“十五”规划的2005年目标还多出40多亿元。其中汽车覆盖件模具的年均增幅还要高于行业总水平，估计平均增长率会接近20%。 

    近年来汽车覆盖件模具生产能力发展很快 

    由于汽车覆盖件模具市场需求旺盛，因此许多企业加大了技术改造力度，一些新建企业也快速发展，使汽车覆盖件模具的生产能力大为提高。经过技术改造，原来行业中公认的四大模具厂（一汽模具制造有限公司、东风汽车模具有限公司、天津汽车模具有限公司、四川成飞集成科技股份有限公司）都已有了生产大中型汽车覆盖件模具200万左右工时的能力，模具年产值都超过1亿元，有的还超过了2亿元。这与2000年时相比，能力已增加一倍以上。除此4家外，近年来新涌现了一批年产模具可以超过或接近1亿元的企业。例如福臻实业公司、普什模具有限公司、北京比亚迪模具有限公司、哈尔滨哈飞汽车模具制造有限公司，跃进汽车集团南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模具有限公司、河北兴林车身制造集团有限公司和潍坊模具厂等。此外具有年产5000万元左右汽车覆盖件模具能力的企业全国还约有10多家。这20多家的汽车覆盖件模具生产企业是目前的主力，总能力已有20亿元左右。再加上其他一些小企业，估计全国目前已有30亿元左右的汽车覆盖件模具生产能力。 

    从近年来发展情况看，民营企业发展很快，外资企业也开始进入中国，其中日资和台资最为活跃。现在生产汽车覆盖件模具的企业越来越多了，光是在2004年5月第十届国际模具技术和设备展览会上参展的厂家就有40多家。估计目前全国已有百家以上了。例如，被中国机械工业联合会授予“汽车模具之乡”的河北省泊头市已有20家生产汽车覆盖件模具的企业，2004年销售额已达4亿元。上海目前也已集中了10家左右的汽车覆盖件模具生产企业，总能力也有3亿元左右。比亚廸、长城、瑞风、屹丰、华庄、千缘等一大批民营汽车模具生产企业由于投资力度大、起点高、服务对象明确，已成为异军突起的生力军。 

    由日本丰田汽车与中国一汽合资成立的丰田一汽（天津）模具有限公司已正式开业，将很快形成3个车型模具的生产能力。由日本本田商事株式会社投资兴建的烟台骏辉模具有限公司也将很快形成较大能力。 

    日资、合资等独资和合资的汽车模具生产企业，由于其资本雄厚、技术先进、管理成熟，又与海外模具客户有渊源的关系，并带来了大批的经营、技术和管理人才，因此能在很短的时间内形成生产和经营能力。 

    除了各个企业自行发展生产能力之外，企业之间联合、协调与协作能力近年来也有较大提高，某些地区已形成了汽车覆盖件模具集聚生产基地的雏形，这些集聚生产基地都形成了汽车模具企业群和专业配合密切的供应链。这些都对能力发挥有很大帮助。除了上海和河北省泊头市各有不少汽车覆盖件模具生产企业集中在一起之外，湖北省十堰市、天津市及周边地区、哈尔滨、成都等地都相对集中了一批汽车覆盖件模具生产企业，并已形成了一些协作关系，从而提高了整体能力。随着一些模具“龙头”企业规模的扩大和组织、协调能力及技术实力的增强，单个模具企业承接整车模具的能力已形成，甚至一年内可承接多个车型的整车模具。与此同时，行业中已初步形成了企业专业化分工和集团化经营，从而增强了模具企业的整体实力。 

    近年来汽车覆盖件模具的技术进步成效显着 

    装备水平有了很大提高 

    无论是近年来新建的企业还是经过技术改造的老企业，无一例外地都大量采购了先进的数控设备，这些设备中包括了三轴至五轴的高速加工机床、大型龙门式加工中心和数控铣等机床、先进的大型测量和调试设备及多轴数控激光切割机等。目前许多模具企业已拥有了10台左右的大型数控设备，有些企业已拥有了30多台。目前全行业已约有大型数控加工设备400多台，因此，生产汽车覆盖件模具的水平和能力已大为提高。过去，一个企业很难在一年内完成整个车型的模具，现在一些骨干重点企业已完全有这个能力了。个别企业通过行业协作还具备了一年内可以同时完成4~5个车型全套模具的能力。大部分企业还同时配置了许多先进的软件。根据现在装备水平看，国内已经有了一年完成20个以上车型整车模具的能力了。 

    设计和加工技术有了很大提高 

    近年来，企业使用三维CAD的已越来越多，有的企业已经达到百分之百的应用。与此同时，CAE技术也得到广泛应用。一方面是从国外引进的CAE软件，经过二次开发，应用水平有了较大提高；另一方面是国内自行开发，拥有自主知识产权的、先进的CAE软件也已在生产中得到成功应用。目前已经应用的CAE软件主要有引进的LS、DYNA3D、DYNAFORM、PAMSTAMP、OPTRIS、AUTOFORM及国内自己开发的VFORM、KMAS、sheetForm和CADEM——Ⅱ系统等。作为汽车大型覆盖件模具开发中的核心技术——CAE技术，现在的CAE软件已在传统的只作成形分析上实现了升级，能参与冲压工艺的全过程，在分析内容的广泛性、实用性、精确性方面都有显着的进步。这对产品设计与工艺分析、提高模具特别是拉延模的成功率、缩短模具制造周期、提高模具质量都有显着作用。数字化制造、逆向工程、并行工程、敏捷制造、精益生产等先进技术也已在汽车覆盖件模具生产中得到了应用，并产生了良好效果。在模具厂普遍采用CAPP虽然有很大难度，但也不乏成功的例子。以前很少采用的高速加工技术现在也越来越多地被采用，可以说是已经到了开始广泛应用阶段。把模具设计中大量的经验、标准和规范与CAD/CAM技术系统融为一体的智能化和自动化的全方位（从数据到产品）模具设计和加工的解决方案的有关软件也已开始被应用，并有效地提高了模具质量和缩短了模具生产周期。前不久，一批留学美国和加拿大并在美国汽车模具行业从业多年的技术人员在重庆组建了DSI数码模系统（重庆）有限公司，创建和应用了数码模技术。这项技术依靠先进模具与冲压工艺的设计和模拟技术相结合的模具专家系统，将推进国内传统的制模方式向计算机技术为支撑的模具工程方向转变的进程，对缩短模具生产周期及降低成本，将起到很好的作用。也有一些企业已实现了CAD/CAE/CAPP/CAM一体化，从而提升了企业的综合水平。其他如测量技术、表面涂镀技术、综合检具工装、标准化应用以及快速成型技术与快速经济模具的成功结合等，近年来也取得了不少进步。一些骨干企业以及外资企业在国内设立了一些独资或合资的汽车覆盖件模具的设计与研发中心，有些企业还与国外有关公司进行合作开发和合作设计，这也为行业的技术进步创造了有利条件。 

    模具水平有了很大提高 

    由于装备水平和设计加工技术的提高，再加上人员素质的提高及一些新技术的应用，近年来，国产汽车覆盖件模具水平也随之有了很大提高。模具水平的提高是多方面的，体现在模具生产的全过程。过去不能生产的模具现在能够生产了，这更体现了水平的提高。现在，包括高难度整体侧围和翼子板在内的中档轿车全部覆盖件模具国内已能生产。为合资企业国外车型配套的模具和一些出口模具，也可以通过国外（如日本、德国）公司的标准验收。国内一些骨干企业已实现了从局部零部件、中低档轿车模具过度到整车零部件、中高档轿车模具产出的能力。与自动化压机配套的大型连续模和多工位级进模现在国内也已有了较高水平的产品。国内高端模具水平与国外的差距正在缩小。中高档轿车模具全部依赖进口的现象正在逐渐得到改变。近年来用于自动化生产线生产的覆盖件模具和大型多工位自动化模具的出现也说明了模具技术质量等综合水平和实力的进步。 

    由于CAD/CAE技术的普及和运用积累，国内有些企业在DL图设计冲压工艺分析方面已接近国外水平。标准化结构、标准件、曲型性结构的运用及其在此基础上的灵活处理，已使模具结构复合程度高、结构布局合理、使用可靠得到满足。有些单位随着高性能加工设备的使用和CAM技术的成熟，还建立了相应的知识库、刀具库、主轴头库等，可实现虚拟加工以检查干涉。有些企业还自主开发了可以避免过切的软件，应用后可完全防止数控机床的过切。精密加工、多轴联动加工、倾角加工方法的运用，实现了模具制造质量的提高。实型铸造技术的进步为模具提供了更好的铸件毛坯。多品种、高质量的标准件为模具标准化提供了条件，使模具生产周期大为缩短，同时还降低了成本。2004年，德国大众本部、大众中国、一汽大众和上海大众对中国的模具供应商做市场评定，认为一汽模具制造有限公司等企业已完全具备了为大众集团提供轿车外覆盖件模具能力，这也充分说明了近年来我国汽车覆盖件模具水平的提高。 

    进一步发展的展望 

    随着我国汽车工业和模具工业近年来的快速发展，汽车覆盖件模具在我国也得到了快速发展。虽然在生产能力、技术进步和模具水平等方面都已有了很大提高，但与国外先进水平和国内市场需求相比，仍旧还有很大差距。现在，我国每年还要进口3~5亿美元的汽车覆盖件模具以满足市场需求。中国的汽车覆盖件模具生产企业在软件和基础环境上，如模具材料、标准件供应、加工精度、设计水平、产品检测等方面差距仍旧很大。特别是模具的核心技术——冲压工艺和人的经验上存在更明显的差距。但可以预计，随着我国汽车工业和模具工业今后的进一步发展，汽车覆盖件模具发展也必然会获得相应发展。根据市场需求、目前存在的问题及国外情况，展望未来，汽车覆盖件模具发展前景继续看好，但同时也存在不少困难。现就几个主要方面展望如下。 

    生产能力必然会得到进一步发展 

    经过几年的努力，一些目前正在建设的项目将陆续竣工投产。由于市场上产需矛盾的存在，在总量供不应求和出口前景看好的情况下，必将还有一些新企业诞生。现有的企业也会增大技术改造的力度。这些都会使汽车覆盖件模具生产能力在未来几年内有一个较大的发展。如果说五年后产能翻了一番，这将不会感到吃惊。 

    市场需求变化将促使技术和质量的发展及企业的分化 

    以前，中国汽车模具企业的市场主要是民族品牌的汽车模具和合资企业的部分内板件模具。现在，国内合资企业的外国品牌汽车国产化模具和国际汽车模具市场正在快速发展。中国的汽车覆盖件模具虽然已开始走向世界，但在技术水平、质量标准上与国际接轨尚需一段时间。为了适应模具本土化生产及跟上国际市场需要，一方面是模具企业必然会在技术和质量上得到更快发展，另一方面是企业也必然要逐渐分化。所谓企业分化，是指一部分有实力、有市场、高质量、与国际接轨较好的模具企业将仍旧有很好的前景，会得到很快发展，而另一部分规模不大、技术水平低、经验少、信誉差的企业将面临种种壁垒，其生存和发展将遇到很大困难。企业分化的结果，将使多数的中小企业逐渐向大企业靠拢。这有利于形成地域和资产关系的模具企业集团或紧密配合的企业团队。少数僵化、管理落后、技术发展缓慢的企业将在竞争中被淘汰。 

生产集聚基地和战略联盟将逐渐形成 

    汽车覆盖件模具方面的生产集聚基地和战略联盟目前已有雏型。由于生产集聚基地和战略联盟的形成可以逐步做到各企业之间的相互配套、协作协调和优势互补，从而可以发挥出群体优势，产生1+1大于2的效果，对各方面都有利。因此预计在未来几年内，这种组织形式会得到发展。中国模具工业协会理事长褚克辛先生在2004年5月中国第十届国际模具技术和设备展览会期间召开的中国国际模具发展论坛上关于《中国车身模具业发展战略联盟的合作与实践》的演讲引起了业内人士的良好反响。行业的战略联盟开始时往往先从地区性协作开始，从战术组合开始，然后再逐步发展成跨地区，乃至全国的联盟。行业中的战略联盟可以不止一个。战略联盟之间还可实行网络化运营。针对订单或工程的动态联盟将逐渐发展为比较固定关系的网络战略联盟。这种战略联盟往往以一个或几个具有强大实力的企业为核心，以一些具有较强实力的企业为骨干，再在其周围聚集一批协作厂家。他们共享市场，协调技术和设备，快速完成资源的合理配置，互利互惠，共赢共存，共同发展。无论是地区性的生产集聚基地还是各种形式的战略联盟，构建共同的服务平台、信息平台和技术平台都是十分重要的。现在，国内已出现了适用于生产集聚基地和企业战略联盟用的一些平台，预计今后会得到更快发展和更快应用。国内的战略联盟搞好了之后，在有条件时，逐步发展国际战略联盟也是有可能的。 

    技术进步和产品水平提高的速度将进一步加快 

    由于经济全球化和信息技术的快速发展，再加上我国经济的持续高速增长、模具广阔的市场、用户日益提高的要求，以及各级各有关部门的支持，今后一段时期，汽车覆盖件模具方面的技术进步和生产水平的提高必须加速。随着越来越先进的装备和软件的应用以及人员素质的不断提高和经验的积累，从模具的开发、设计、加工、调试到整个企业的管理，高新技术将在其中发挥越来越重要的作用。为了适应自动化压机和自动化冲压生产线的需要，高水平的连续模和大型多工位级进模今后将会加快其发展速度。测量技术、铸造毛坯、标准件、高性能合金钢、快速经济制模技术、激光技术和模具强化处理等方面的技术进步也将加速汽车覆盖件模具的技术进步和产品水平提高的步伐。作为仿真技术和专家系统等研究工作的延续和扩展，包括虚拟设计、虚拟制造，直到虚拟企业的虚拟技术等可望在不久的将来获得较为广泛的应用。模具企业与汽车厂结合，使模具开发与汽车产品开发相结合，形成彼此合作与信任，建立共享的协同设计开发平台，提高模具开发在汽车开发中的地位，这一进程今后也会加快。 

    标准化程度的提高和标准件生产供应将进一步受到重视 

    目前，标准化程度低、标准杂乱、标准件跟不上需要已严重制约了汽车覆盖件模具的发展。不断提高标准化程度，在一定范围内逐渐统一标准，加快标准件生产供应是加快汽车覆盖件模具发展速度、提高质量、缩短制造周期和降低成本的重要途径，这已成为业内人士的共识。因此，标准化程度的提高和标准件生产供应今后将进一步受到各有关方面的重视。现在，中国模具工业协会汽车车身模具及装备委员会虽然已编印了《汽车冲模标准汇编》，国内也已有不少企业以此为标准，但这一标准汇编尚未得到广泛应用，而且汇编内的有些标准件尚无生产或产量很少，供应不上，这一汇编内的有关标准也还不是行业标准，所以在标准化的道路上，也还有许多工作要做。鉴于这方面工作的重要性及其已受到广泛重视，因此可以预见这一工作今后会有更快的发展。 

国内外轿车覆盖件冲压模具设计概况

来源：机电商情网编辑一部    浏览次数：340    发布日期：2008-6-4

    1前言

    近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛，2002年在轿车销售超过100万辆的基础上，2003年则向200万辆人关迈进，达到了197万辆。然而，在轿车热迅速升温的同时，不得不尴尬地面对这样的现实—市场上热销的绝人多数车型是直接从国外引进的。由于国内轿车覆盖件模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，为了生产这些车型，各人汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外人汽车公司相比，由于生产规模比较小，这就造成单车均摊的模具成木远高于国外车，这也是造成国产车整车制造成木居高不下的主要原因之一。

    2 国产轿车覆盖件模具开发能力

    国内主要的轿车模具制造商有:一汽模具制造有限公司、东风汽车模具厂、天津汽车模具有限公司、成飞集成科技股份有限公司、南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模具有限公司等等。作为国内最人轿车生产销售商—上海人众汽车有限公司，也有自己的模具设计制造部门((TMM部)。目前，虽然国内模具商在轿车内覆盖件模具设计制造方面已小有能力，并可承接整车厂的部分模具开发项目，但对于有很高型面精度和表面质量要求的外覆盖件，特别是中高档轿车的外覆盖件，整车厂很少会将这类模具交由国内开发。

    上海人众汽车有限公司为了降低整车生产成本，同时也为了提高公司的核心技术能力，从2001年开始，涉足轿车冲压模具设计制造领域。2001年-2002年完成了POLO轿车在手动压机线上生产的10只简单零件的模具，通过了公司质保部门验收并投产。2002年开始向人型化、复杂化、自动化发展，设计制造了6000kN自动线上生产的POLO轿车备胎座模具(该零件外形尺寸人、拉深深度深、形状复杂)2003年，为进一步提高模具设计制造的能力和水平，我们涉足20000kN多工位压力机和10000kN自动线生产使用的模具设计。过去上海人众在20000kN多工位压力机上使用的模具，全部需进u,国内模具商还没有能力设计制造这样的模具。为此，我们选择了POLO轿车中柱内板的模具进行设计。20000kN多工位压力机是世界上最先进的压力机之一，集成化、自动化程度非常高，当然这对模具设计的要求也相应地提高。零件的送料高度、步距、机械手的位置有严格的要求，还要保证机械手在运动过程中与模具无干涉，这样给予模具设计的空间就小了很多。在考虑诸多因素之后，我们最终完成了整套模具的设计，其CAD装配状态如图1所示。另外，我们还完成了POLO轿车在10000kN自动线上生产的后轮罩的模具设计，在去年的基础上更进一步。这些工作的顺利完成，标志着上海人众模具设计能力已经达到了国内先进水平，从而为今后上海人众汽车模具国产化打下了坚实的基础。尽管如此，与国际先进水平比较，仍有较人差距，比如在轿车外覆盖件模具设计方面还是空自。

    在轿车冲模中，难度最人的是外覆盖件模具设计，主要表现在以下两个方面:

   (1)克服由回弹造成的零件型面偏差

    破裂、起皱、回弹是轿车冲压件成形过程中的主要缺陷，由于轿车外覆盖件外形尺寸人、拉深深度浅、塑性变形程度低，一般不易拉裂，因而回弹就成为该类零件制造过程中的主要问题，它将严重影响零件间的相互配合关系。有限元模拟软件在冲压模具设计中得到普遍应用，已经能够比较准确地预测破裂和起皱，从而有助于设计合适的工艺补充面来改善拉深过程中材料的流动状况，提高零件的成形ft。然而，迄今为}卜，人多数有限元软件还不能精确地预测冲压件从模具当中取出后的回弹变形。因此，对外覆盖件回弹问题的处理，主要还是依靠经验来修改模具型面，使冲压件过正成形，来抵消由于回弹导致的变形。

   (2)冲压件的取件

    由于外覆盖件(如前盖外板、车顶、翼子板)都需进行复杂的翻边整形或预卷边工艺，这就使得在模具结构设计时，必须考虑冲压件成形后的取件问题，目前，人都依靠复杂的多斜楔机构联动来实现模具工作部分对零件让位，以实现方便取件，由此造成整个模具的结构十分复杂。

    3 国外覆盖件模具设计

    目前，国外人汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的人部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司(如Fontana Pietro.Kuka.Laepple.Schuler Cartec.Ogi-hala-Fuji Techniaca等等)设计和制造，这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的优势。但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。

    3.1软件环境

    冲压模具设计，除了必要的CAD软件之外，还大量应用了有限元模拟软件，如AutoForm.PamStamp. DynaForm. Indeed等，来辅助冲压工艺设计。下面，以AutoForm为例，说明如何利用CAE软件来设计拉深工序工艺补充面。

    AutoForm是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件，可以用于薄板、拼焊板的冲压成形、液压胀形等过程的模拟，配合不同的功能模块，还可以进行冲压件单步法成形模拟以及拉深工序工艺补充面((Addendum)的设计。轿车冲压件中，约有2/3可以利用AutoForm的Diedesigner Module模块设计Addendum，该模块根据由设计者指定的或由软件自动产生的压边圈型面，以及工艺补充面的多条截面线(Profile)，能够快速地生成工艺补充面，用于拉深工序的模拟，如图2所示。压边圈型面、Profile均可进行参数化式的调整。这种快速设计是建立在对Addendum曲面的粗略构造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，尽管这种曲面不能够直接用于模具表面的机械加工，但是对于模拟精度的影响却不是很人。根据模拟结果，设计者可以很方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设计要求。最后，将压边圈、Addendum曲面和Profile以中性数据格式IGS或VDA输出，在CAD软件中进行曲面重构，并结合产品数模，就能够得到机加工可以使用的拉深工序模具数模。

  一、 汽车覆盖件模具设计／工艺／制造／管理基础数字信息化的现状 

    自20世纪80年代中，先进的计算机辅助设计／制造技术的引入，推动了产品设计／制造的数字化的进程，同时促进模具行业技术新的革新(如三维造型、数控加工等)。改变了原有模具设计/制造的理念，提高了设计制造的效率和质量。 

    但当前我国大部分模具企业在模具设计／制造过程中最普遍的问题是：至今模具设计仍以二维工程图纸为基础、产品工艺分析及工序设计也是由设计师的丰富的实践经验为基础、模具的主件加工才是以二维工程图为基础，作三维造型，进而用数控加工完成。即模具设计、产品工艺分析、模具制造之间的数字信息没有有序流通，相互分割。因此目前大部分模具设计／工艺／制造的流程是： 

    上游产品三维数据导入后，由经验丰富的工程技术人员进行工艺分析、工序设计等产生DL二维图或模具设计指令性文件。 

    设计员根据DL二维图或指令性文件在二维绘图系统平台上，进行模具结构的二维工程图设计。 

    根据DL二维工程图，进行检具设计二维工程图设计。 

    制造工程师根据模具的二维工程图，对模具主件、实芯铸造型芯进行三维造型设计。编制数控加工指令、数控加工模具主件及铸造型芯。 

    制造工程师要根据检具二维工程图，对其检测型面作三维造型，编制数控加工指令，加工制造。 

    模具装配、调试…… 

    基于以上的流程，将形成以下的弊端： 

    1、 在二维绘图系统平台人工绘制模具二维工程图，并没有根本克服人工绘制工程图的所有的弊病，因此设计效率低、要求设计人员等级高(一般大学毕业需2—3年)、图纸出错率高，需求严格校对和审核。这是模具设计的瓶颈，是工程技术人员加班加点主要战场。 

    2、 模具设计、工艺、制造等全过程的分割，在各环节间均存在人为造成差错可能，多次重复由二维工程图——三维造型——工程图的逆向设计过程，如： 

    (1) 模具结构二维工程图——模具主件三维造型、二维工程图 

    (2) 模具结构二维工程图一实芯铸造型芯三维造型——二维工程图 

    (3) 检具二维工程图一检具型面三维造型——二维工程图由此增加模具制造、装配、调试的周期和成本。 

    3、由于目前仍然以二维设计为基础，尚未建立模具全数字信息。因此无法为企业数字化管理提供基础数字信息。 

    4、等等。 

    基于以上现状，将直接影响新车的质量，新车试制周期及成本。 

    二、汽车覆盖件模具设计／工艺／制造的基础数字信息化的必要 

    汽车工业蓬勃发展，成为我国的支柱产业，已进入自主研发、自主生产、自主品牌的发展道路。 

    汽车覆盖件模具的设计／工艺／制造在汽制造业中占有极其重要的位置，将直接影响产品质量及其生产准备周期、生产成本等。因此为了提高模具产品质量、缩短新产品生产准备周期、降低工艺准备的生产成本，实现模具设计／工艺／制造的全数字信息化是企业当前的必要。 

    现在大部分企业已经投入大量资金购置数字化制造装备(大型高精度数控加工设备、数字测量机、五轴激光切割机、实芯铸造泡沫实芯数控加工设备等)基本就绪的基础上，实现覆盖件模具设计全三维数字信息化、整合集成数字化制造装备，才是使得投入资金效益最大化、并奠定企业生产过程数字信息化、管理数字信息化的基础的有力保障。 

    三、 汽车覆盖件模具设计／工艺／制造的基础数字信息化的展望和实施方案 

    实现模具产品设计数字化、生产过程数字化、制造装备数字化、管理数字化，为机械制造业信息化工程提供基础信息化。提高模具质量缩短设计制造周期、降低成本的最佳途径。 

    基础数字信息化的基本原则： 

    l、模具设计／制造全流程在统一CAD系统平台上建立全三维数字信息，即建立模具全三维数字模型，实现从三维——二维的正向设计制造流程； 

    2、在统一CAM系统平台上，集成整合全部数字化制造装备，完成在模具设计工艺／制造全过程数字信息流。 

    3、在通用的CAD／CAM系统基础上，建立各企业个性化的文字知识库、常用标准结构／零件库、常用三维模型库及相关的个性化的二次开发；以此进一步提高设计制造的效率和质量，同时降低成本。 

    据专业人士的统计能粗略告诉我们由此“在模具设计方面，模具的质量和精度可提高50％～75％，生产力提高20％～25％。”

    四、北京宇航计算机软件有限公司在覆盖件模具设计／工艺／制造基础数字信息化方面所作的工作 

    北京宇航计算机软件有限公司经过十余年经营和服务工作，深刻地了解到，根据我们在CAD／CAM技术应用现状，任何一个领域在有限的资金的条件下，应用通用的CAD／CAM系统平台，是很难得到应有的效益的。即资金与需求的矛盾、通用性与企业个性化的矛盾。 

    我们认为： 

    1、如何在有限资金的前提下，选用性价比高的通用CAD／CAM系统平台，使得企业在应用CAD／CAM技术形“生产能力”时，产品的全数字信息化，才能得到应有的经济效益的回报。 

    2、如何使企业在通用CAD／CAM系统平台上，满足企业个性化需求。为此我们自2004年开始在法国MISSLER公司的TopSolidCAD／CAM／CPDM系统平台上，针对汽车覆盖件模具的基础数字信息化、全三维设计／工艺／制造方面作了以下个性化服务的基础工作，以企图解决通用性与个性化的矛盾： 

    （1） 建立智能型参数化国际紧固件标准件库； 

    （2） 建立盘启(全部)和三协(主要部分)覆盖件参数化标准件库； 

    （3） 建立典型三维参数化上下模板模型： 

    （4） 建立参数化三维模型库，如拉延筋、螺栓紧固槽、减轻孔、加强筋等； 

    （5）运用TopSolidCAD基础功能简化设计计算，如毛料估算、模具压力中心估算等。 

    结合企业个性化的需求，尚需作以下服务： 

    （1）结合企业模具设计／工艺／制造的成功案例，建立专家三维模型知识库； 

    （2）建立企业常用文字资料库 

    （3）为企业数字化制造装备编制后置处理程序， 

    （4）企业所需其他必须的个性化服务(end)

数字化集成的覆盖件模具设计变更研究 

2010-01-20 23:22:02  作者：  来源：互联网

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∙　　　　为了解决覆盖件模具企业的设计变更问题，首先分析了覆盖件模具产品开发不同阶段的BOM信息。在此基础上，以PDM作为集成框架，实现了PDM \\ CAPP\\ERP的集成。对发生设计变更的覆盖件产品，首先分析了不同的变更类型，在PDM中建立与其产品号相联系的虚拟产品，然后通过该虚拟产品向CAPP和ERP进行发布，传递设计变更的信息，在CAPP中针对该虚拟产品进行工艺设计，并将其工艺发布到ERP进行相应生产上的处理，实现了覆盖件模具设计变更过程在各应用系统之间的无缝链接，提高了覆盖件产品开发的效率。 

　　0 引言

　　汽车模具技术是汽车制造业重要的工艺基础，汽车覆盖件模具设计与制造在汽车制造行业具有重要的地位。由于我国汽车产业发展周期短，因此在汽车产品开发过程中需要不断的修订和更改，同时从总体上而言，我国覆盖件模具开发技术水平不高，因而造成覆盖件模具的不断变更，以满足最终的客户需求。发生设计变更的原因有很多种，常见的有修正产品的缺陷，降低产品的成本等，除此之外，在模具生产企业，还有另外一种较为典型的设计变更，即由覆盖件产品(汽车制造企业)发生变更而引发的模具的设计变更。设计变更牵涉的范围非常复杂，与企业内的很多部门如设计、生产及物料管理、采购与外委、财务等都有关系。许多研究者从不同侧面对设计变更进行了一般性的研究，Kamel Rouibah[1]研究了动态联盟内部的工程变更，将工程决策转换为若干工程参数，采用将基于参数的方法应用于工程变更管理以支持多企业参与的产行工程。本文提出了将覆盖件模具开发过程中的PDM、CAPP和ERP进行集成，并在此基础上通过建立虚拟产品的方式进行变更信息的组织和传递的方法，实现有效的信息同步和共享，使得覆盖件模具设计变更的信息能够贯穿设计、生产的整个过程，从而对设计变更管理工作提供完整的过程协助与支持。

　　1 PDM/CAPP/ERP应用系统集成

　　1.1 集成信息分析

　　覆盖件模具要经过冲压工艺分析、DL图设计、结构设计、模具加工工艺设计、制造(包括机加工、镶块拼装、装配、调试)等才能变为最终可以交付的产品，其中，DL图决定了结构设计，而模具结构设计是模具加工工艺设计和制造的基础，模具加工工艺设计是连接工程设计和产品制造的纽带，而制造则是设计和工艺的实现和结果。在企业里，冲压工艺分析、DL图设计、模具结构设计阶段产生的结果是由PDM进行管理的，模具加工工艺设计和模具制造过程分别是通过CAPP和ERP来进行相关的信息份理的。PDM系统通过提取工具将CAD的装配表中相关属性信息进行提取，并根据相关装配关系生成BOM，创建产品结构，并将其存储在系统数据库中。PDM向CAPP和ERP发送的信息包括：

　　(1)覆盖件产品及其模具设计属性信息，如模具零部件名称、产品标识号(ltemlD) )等信息;

　　(2)覆盖件产品及其模具当前版本的图形信息;

　　(3)覆盖件产品及其模具结构信息。

　　ERP维护材料一库存、设备和工装状况等数据，传递给CAPP。同时，当材料库存、设备和工装状况等数据发生变化时，由ERP完成这些数据的比较，将变更信息、流程控制信息传递给CAPP，以便于CAPP产生的制造BOM(Bill Of Materials)等信息尽量能够符合企业生产实际。在CAPP中将这此信息进行处理，生成相应的制造BOM、工艺路线等信息，还包括比较得出的结论信息，如哪些信息变更、变更范围等信息，并将其传递给ERP，同时，CAPP系统中将工时、材料等汇总表输出到ERP，使采购、人事、财务的数据更加准确、及时。

　　图1 产品及其模具开发过程信急交互示意图

　　在PDM/CAPP/ERP集成的信息中，Item为产品对象条目，每个Item对应实际中的一种零部件、成件、标准件等。产品标识号ItemID是唯一的，即所有的信息都是围绕ItemID组织的，保证了信息传递过程中的准确性和有效性。

　　1.2 应用系统集成实现

　　以PDM系统作为集成平台，以网络技术和数据库为支持框架，实现与覆盖件模具开发不同阶段各种信息的交换和共享，使得信息流动处于一种有序、可控的状态，如图2。

　　图2 PDM/CAPP/ERP集成框架

　　设计人员将在PDM中审签发布完成的新模具设计信息或更改的产品数据主动发布到CAPP系统中，系统自动记录接收日志，当有新数据发布时系统自动消息提醒。在CAPP中利用产品工艺结构树编辑来建立工艺，根据生产需要提供对设计结构零部件的拆分、合并功能，重新组合新的从工艺角度需要的结构，并确定使用的物料放置的地方和方法，最终生成制造BOM以及常规的工艺规范、加工信息等直接存放在CAPP数据库中，在工艺设计完毕，相关工艺文件经过审签后，CAPP系统通过接口自动向ERP发布信息。

　　数据由PDM向ERP传递时，由PDM通知ERP，ERP利用导入接口函数读取这此数据写入本系统，由PDM发布到ERP的信息何时生效，如何生效则是过程集成所需要解决的问题。为此，将有关的过程控制信息也通过接口的方式传递到ERP中，这样，ERP用户对于PDM用户发布来的信息内容、过程控制信息等问题一目了然，从而避免设计和生产环节的数据冲突现象。

　　2 基于应用信息系统集成的设计变更实现

　　2.1 虚拟产品的建立

　　普通机械产品变更流程一般要经过提出变更申请、变更申请审批、执行变更、审批变更结果、变更通知等过程。而对于覆盖件模具企业来说，由于更改一般是上游汽车生产企业提出来的，因此对于模具企业来说不需要提出申请，因而也不需要进行审批，只需按照汽车生产企业提供的新的覆盖件数模执行变更即可。首先冲压工艺分析人员和DL图设计人员需要对将更改后的覆盖件产品数模和更改之前的数模进行对比，对变更内容、变更造成的影响进行分析，分析出受本次更改影响的零部件，然后通知模具加工工艺设计和模具制造部门暂停相关的工作。分析结果有以下两种情况：

　　(1)覆盖件产品变动较大，此时按照新订单覆盖件产品的模具设计流程进行即可;

　　(2)覆盖件产品变动不大，但是需要重新进行DL图设计、模具结构设计。此时需要将变动的模具信息发至CAPP。

　　对于情况(1)，按照新产品模具开发流程即可;对于(2)，模具加工工艺设计部门和制造部门需要根据变更的设计结果进行模具加工工艺设计和制造。

　　在已有的PDM/CAPP/ERP集成的基础上，变更相关信息可以在不同应用系统间进行传递，但是在PDM、CAPP和ERP中传递的覆盖件产品及其模具ItemID是唯一的，更改的信息如果继续按照已有的ItemID上进行信息传递，会引起信息组织的混乱。因此，我们采用虚拟产品(模具)的方式实现，虚拟产品是一个在产品号及结构上与原有变更产品相联系的“产品”，其本身不能作为一个单独的产品，必须依附于发生变更的模具，在发生变更的已有模具的基础上产生。在PDM产品结构编辑模块(Product StructureEditor，PSE)中，建立一虚拟产品，虚拟产品的ItemID按下列规则来设置：

　　虚拟产品ItemID=原产品ItemID+“Z”(整改标记)+整改次数。

　　建立虚拟产品后，根据“设计更改单”的内容，将发生整改的零部件全部挂接在此虚拟产品下面，参照原有的产品结构树，形成合理的虚拟产品结构层次关系，此虚拟产品卜Ifil的结构一般是单层，但也可能存在多层的情况。虚拟产品结构层次的设置需要根据具体情况进行分析：

　　(1)部件中的零件发生了变化，而部件木身没有实质的变化，即使此部件版本号发生变化，也不将部件放入此虚拟产品，只将变化的零件放在此虚拟产品下;

　　(2)部件发生变化，成为一新版部件，若只是所属零件的位置发生变化，而在产品中总的需要量没有变化而且也没有新的工艺需求，则不需要在虚拟产品上处理;

　　(3)部件本身发生了变化，有新的工艺要求，则需将新版部件加拄在虚拟产品下，如果其下层的零件没有发生变化，则无需将零件拄在部件下面;

　　(4)增加或减少，增加了零(部)件，直接加挂在虚拟产品下即可;如果是减少，在虚拟产品上加拄该零部件，但虚拟产品所对应的数量属性上标为“0”，表明去掉该零部件。

　　2.2 设计变更的实现

　　在PDM中建立该虚拟产品的结构树，相关的文档组织完毕之后，通过PDM将虚拟产品信息发布至CAPP中。在CAPP中，基于虚拟产品1temID的命名规则，传递过来的虚拟产品将自动挂接在发生更改之前的产品Item下面，然后，工艺设计人员根据设计更改的内容及要求，设计更改部分的工艺：

　　(1)对于没有涉及到参与结构调整(进行工艺性拆分或组合)的零部件将按照设计明细同样的更改过程进行自动更改，并与设计更改保持一致;

　　(2)对于涉及到进行工艺拆分和组合的工艺零件，工艺部将对其根据工艺要求进行相应重新的结构调整，同时保留更改记录方便查询;

　　(3)对于仅仅涉及到工艺更改的更改问题，同样直接在工艺系统通过工艺更改模块来更改相应的工艺路线或工艺卡片的内容，并记录更改历史以便查询，同时工艺卡片会有版本的记录。

　　在CAPP中更改完毕，将完成的虚拟产品的工艺及变更信息发布给ERP。在ERP中，对此虚拟产品做专门的需求处理，根据变更要求，在主生产计划系统(Master Planning System，MPS)中将此虚拟产品变更作为一条任务加到原模具的主计划下面，自动维护需求计划。同时，作为需求，参与物料需求计划，其所属零部件参与采购、外协、车间制造、出/入库业务。根据未完工产品令号，找出需要变更的车间作业任务，在此任务(定单)的基础上，产生一个新的定单。对已下达到车间的原任务进行相应的处理，原定单可能有三种状态：计划、在制、完工。

　　(1)对于计划状态的任务，下达整改计划的同时将原定单计划状态的任务撤消;

　　(2)在制状态的定单做完工处理，并通知车间，做相应的工序的完成、物料领用、工时记录等操作;

　　(3)完工状态的任务则无需特别处理，由车间计划人员负责根据生产、设计下发的整改工艺对任务的工艺进行维护，按正常的车间作业流程执行此整改计划。

　　在成本核算方面，虚拟产品本身不作为一个真正的产品来入成本库，而是作为生产车间的一个半成品来处理，完成后入半成品库即可，同时将此虚拟产品的需求计划做完工处理，最后通过整改产品与原产品的产品号的联系，将成本累加归集到原产品。

　　3 应用验证

　　本文提出的方法在北汽福田潍坊模具厂信息化建设中进行了应用验证。实施的这PDM系统为iMANCAPP和ERP系统为自行开发。整个系统以Oracle为底层数据库平台，利用JDBC技术实现对数据库的操作，通过iMAN主动发布的方式向ERP、CAPP写入数据。为了保证PDM/CAPP/ERP三个的紧密集成，建立ERP、CAPP公用数据库事例，并建立公共访问数据表，达到数据的相互传递，同时对iMAN的原“设计更改单”功能进行二次开发，实现对变更描述，支持生成整改部分的产品结构及item属性等信息。在iMAN中严格零部件和BOM视图的状态，指定发布的状态如归档状态，当零部件的状态为归档状态时，系统自动把归档数据发布到ERP、CAPP系统(见图3)，当归档状态的数据发生变化时能够及时更新ERP、CAPP系统的数据。

　　图3 IMAN信急发布窗口

　　FT-IB2005305-M-1/3-00模具发生首次变更，更改要求见表1。在iMAN的PSE(Product Structure Editor，产品结构编辑器)中新建一个Item，生成虚拟模具产品，并将其ItemID设置为FT-IB2005305-M-1/3-00-Z1，根据“设计更改单”将发生整改的零部件即件号为37、38的零件及凸模和凹模(6号孔所在零们)全部挂接在此虚拟产品下面，然后将该虚拟产品发布至CAPP中的FT-IB2005305-M-1/3 -00模具下，在CAPP中针对该虚拟产品，在下料表中将37、39号件去除，井将35号、38号件的数量改为2，并重新修订模具凹模的加工工艺，然后将新增加的工艺及更改的物料信息通过虚拟产品发布给ERP。ERP根据发送过来的虚拟产品信息，在主生产计划系统中将此部分整改虚拟产品作为一条任务加到原模具产品的主计划下面。作为需求，为其赋一专门的产品令号，参与MRP计划运算与车间制造，其所属的35号、38号零部件采购数量变为2。

　　4 结论

　　模具设计变更过程覆盖了企业的多个部门，目前的变更缺乏对不同的变更流程和变更信息进行统一管理的协制机制，在PDM/CAPP/ERP集成的基础上，在PDM中建立虚拟产品，通过虚拟产品在设计和制造部门间传递模具设计变更的相关信息，将设计变更的数据流程和过程统一起来，提高了模具设计变更的执行效率。根据本文提出的方法在北汽福田潍坊模具厂信息化建设中进行了实施，取得了良好的效果。但目前的集成还是一种产品信息的集成，没有完全实现过程集成，同时目前不同汽车模具企业之间的协作越来越紧密，不同协作单位之间的设计变更也需要进一步研究。