我國(guó)汽車(chē)模具行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)展望

中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)訊：

    內(nèi)容提要：先進(jìn)的加工技術(shù)與裝備是提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。國(guó)外許多汽車(chē)模具企業(yè)中都配有雙工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)換刀、工件在線測(cè)量系統(tǒng)等已不鮮見(jiàn)。數(shù)控加工已由單純的型面加工發(fā)展到型面和結(jié)構(gòu)面的全面加工，由中低速加工發(fā)展到高速加工，加工自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展十分迅速。目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)模具的表面處理大多是采用火焰淬火。但是，這種方式有很大的缺點(diǎn)。例如：工件變形、淬火不均勻以及速度慢等。近年來(lái)，激光表面強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展迅速，并已成功地應(yīng)用于汽車(chē)沖壓模具。

    2012-2016年汽車(chē)模具市場(chǎng)專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研與投資戰(zhàn)略咨詢(xún)報(bào)告 

    當(dāng)前，汽車(chē)制造業(yè)面臨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，尤其是隨著美國(guó)經(jīng)濟(jì)衰退、歐債危機(jī)，各大汽車(chē)廠商都將眼光瞄準(zhǔn)了中國(guó)市場(chǎng)，為此汽車(chē)制造廠家不斷地將最新的車(chē)型同步推向中國(guó)市場(chǎng)，奔馳、寶馬的占有率不斷提高，而大眾的2011年全球盈利，中國(guó)市場(chǎng)占了20%以上，奧迪全年銷(xiāo)量的增長(zhǎng)中國(guó)貢獻(xiàn)了50%以上，僅2012年2月份的統(tǒng)計(jì)，奧迪系列在中國(guó)就賣(mài)了3萬(wàn)多輛，創(chuàng)下歷史新高。為了提高其競(jìng)爭(zhēng)力，汽車(chē)新車(chē)型的開(kāi)發(fā)周期不斷縮短，已經(jīng)從過(guò)去的1.5年縮短至1年，并且還將繼續(xù)縮短。 

    1.模具三維設(shè)計(jì) 

    模具的三維設(shè)計(jì)是數(shù)字化模具技術(shù)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)一體化的基礎(chǔ)。它的優(yōu)點(diǎn)是：①將模面設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分開(kāi)，前者采用曲面設(shè)計(jì)，后者采用實(shí)體設(shè)計(jì)；②取消了傳統(tǒng)的二維圖樣，根據(jù)各工序的需要給出三維簡(jiǎn)圖和標(biāo)注必要尺寸的平面簡(jiǎn)圖；③模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)模具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化和建立三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)和典型結(jié)構(gòu)庫(kù)，大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間。一些汽車(chē)模具廠家還對(duì)拉延模等一些結(jié)構(gòu)典型、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的模具，開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的三維設(shè)計(jì)模塊，進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)效率。此外，除了有利于實(shí)現(xiàn)集成化制造外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是便于干涉檢查，可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉分析，解決了二維設(shè)計(jì)中的一個(gè)難題。模具三維設(shè)計(jì)可以使鑄__件泡沫實(shí)型完全采用數(shù)控加工，從而提高了鑄件的精度，為后續(xù)的精細(xì)加工創(chuàng)造了條件。由于三維設(shè)計(jì)的結(jié)果是模具的三維模型，所以模具的構(gòu)造面，例如導(dǎo)向面、鑲塊安裝面和螺釘孔等，都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的編程，有利于提高加工的自動(dòng)化程度。目前，大部分國(guó)內(nèi)廠家均采用三維設(shè)計(jì)。 

    2.模具加工自動(dòng)化 

    先進(jìn)的加工技術(shù)與裝備是提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。國(guó)外許多汽車(chē)模具企業(yè)中都配有雙工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)換刀、工件在線測(cè)量系統(tǒng)等已不鮮見(jiàn)。數(shù)控加工已由單純的型面加工發(fā)展到型面和結(jié)構(gòu)面的全面加工，由中低速加工發(fā)展到高速加工，加工自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展十分迅速。 

    目前，在模具生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用的加工自動(dòng)化方式大體上可分為三種，即由多臺(tái)可互換工作臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成的生產(chǎn)線、柔性加工生產(chǎn)線和一體化加工中心。第一種生產(chǎn)線包括了底面加工、粗銑和精銑等多臺(tái)機(jī)床，工件換機(jī)床時(shí)不必重新裝夾找正。由于機(jī)床為多工作臺(tái)式，工件不需要被重新裝夾，因而加工效率很高。一體化加工中心是一種粗精加工一體化的五面加工中心，其優(yōu)點(diǎn)是除底面加工之外，一次裝夾可實(shí)現(xiàn)全部加工面的高速、高精度加工，生產(chǎn)效率非常高；缺點(diǎn)是，由于粗精加工在一臺(tái)機(jī)床上完成，長(zhǎng)期加工容易影響機(jī)床的精度。目前，國(guó)內(nèi)大部分模具廠采用的是機(jī)群式加工，即劃分機(jī)床種類(lèi)，哪些用于粗加工，哪些用于半精加工，哪些用于精加工。與柔性加工線比，無(wú)論是在效率上還是模具質(zhì)量上都有不少的差距，未來(lái)國(guó)內(nèi)模具廠的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是柔性加工生產(chǎn)線。 

    3.高強(qiáng)度鋼板沖壓技術(shù) 

    高強(qiáng)度鋼由于在屈強(qiáng)比、應(yīng)變硬化特性、應(yīng)變分布能力和碰撞吸能等方面具有優(yōu)良的特性，在汽車(chē)上的使用量不斷增加，其目的就是在汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)最大限度地保護(hù)乘客的安全，最大限度地降低車(chē)身的質(zhì)量�，F(xiàn)在，有些車(chē)型梁類(lèi)件已采用抗拉強(qiáng)度高達(dá)980MPa的鋼板。由于高強(qiáng)度鋼板在塑性變形時(shí)彈性變形比例較大，因此高強(qiáng)度鋼板制件在成形后的回彈和扭曲比普通鋼板嚴(yán)重。 

    目前，AutoForm等CAE分析軟件很難對(duì)高強(qiáng)度鋼板在沖壓成形中造的回彈和扭曲變形進(jìn)行預(yù)判，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果往往與實(shí)際結(jié)果差別很大，嚴(yán)重地影響沖壓件的形狀尺寸精度。對(duì)于高強(qiáng)板零件，其綜合合格率能夠達(dá)到85%以上就相當(dāng)不錯(cuò)了。目前國(guó)內(nèi)廠家對(duì)高強(qiáng)板模具都非常頭痛，以比亞迪為例，制造高強(qiáng)板模具的周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通板模具，普通板模具一般調(diào)試2~3個(gè)輪次就可達(dá)到品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。而高強(qiáng)板模具至少要4~5輪次，有的甚至更高。同樣高強(qiáng)板模具在國(guó)外也是難點(diǎn)，最近我們承接了一些美國(guó)通用的模具，其中就有高強(qiáng)板。在工藝方案上美方也是幾易其稿，反復(fù)修改方案，并且一再?gòu)?qiáng)調(diào)沒(méi)有十足的把握，其中最大的困難就是無(wú)法判斷回彈。由于我們做過(guò)不少比亞迪自身的高強(qiáng)板模具，深知控制回彈的難度，很多時(shí)候它的回彈都與你預(yù)料的恰恰相反。但是，并不是所有企業(yè)都做不好，由于與奔馳合作的緣故，我們了解到，奔馳車(chē)上高強(qiáng)度板的應(yīng)用超過(guò)了50%，而且制件合格率很高。當(dāng)你向他們請(qǐng)教時(shí)，他們遮遮掩掩，總是說(shuō)干得多了，經(jīng)驗(yàn)豐富了就會(huì)好的。所以，我們沒(méi)有捷徑可走，只能靠自己。因此，可以說(shuō)回彈控制是當(dāng)前高強(qiáng)度鋼板沖壓技術(shù)最重要的研究方向。這其中包括兩個(gè)方面，一是進(jìn)一步提高回彈分析的精度，二是研究合理的模具設(shè)計(jì)參數(shù)，如拉延筋、工藝補(bǔ)充面和壓邊力等。后者需要我們?cè)诖罅康膽?yīng)用實(shí)踐中不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)。 

    4.級(jí)進(jìn)模、多工位模具和自動(dòng)化模具的廣泛應(yīng)用

隨著汽車(chē)沖壓生產(chǎn)高效化和自動(dòng)化的發(fā)展，級(jí)進(jìn)模、多工位模具和自動(dòng)化模具在汽車(chē)沖壓件的生產(chǎn)中應(yīng)用將更加廣泛。形狀復(fù)雜的沖壓件，特別是一些按傳統(tǒng)工藝需要多副沖模分序沖制的中小型復(fù)雜沖壓件，越來(lái)越多地采用級(jí)進(jìn)模成形。在大眾、通用、福特和豐田等公司，約有30%~40%的汽車(chē)沖壓件已采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。這類(lèi)模具是一種高新技術(shù)模具產(chǎn)品，技術(shù)難度大，制造精度要求高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。其技術(shù)難點(diǎn)在于排樣設(shè)計(jì)優(yōu)化、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高精度的制造技術(shù)。在這方面，國(guó)外公司具有較高水平，他們生產(chǎn)級(jí)進(jìn)模，其模具壽命可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)次。因?yàn)榧?jí)進(jìn)模的技術(shù)含量高，所以其附加值高、模具價(jià)格高。與國(guó)外相比，我國(guó)的汽車(chē)沖壓件生產(chǎn)用級(jí)進(jìn)模具，在工藝排布、制造精度、結(jié)構(gòu)功能和使用壽命等方面仍存在較大差距，每年還需大量進(jìn)口。例如整體側(cè)圍、翼子板和車(chē)門(mén)等容易在生產(chǎn)中劃傷制件的模具，在國(guó)外無(wú)疑都是采用自動(dòng)化模具。即使自主品牌模具現(xiàn)在也開(kāi)始采用自動(dòng)化模具，這是未來(lái)模具的發(fā)展趨勢(shì)，而我們?cè)谶@個(gè)方面剛剛起步不久，剛剛過(guò)渡到從單純加工自動(dòng)化模具，到設(shè)計(jì)、制造多工位級(jí)進(jìn)模具，因此，采用多工位級(jí)進(jìn)模將是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的模具產(chǎn)品。 

    5.模具材料與表面處理 

    模具材料的質(zhì)量和性能是影響模具質(zhì)量、壽命和成本的重要因素。近年來(lái)，除了不斷有多種高韌性和高耐磨性冷作模具鋼、火焰淬火冷作模具鋼和粉末冶金冷作模具鋼推出外，國(guó)外在大中型沖壓模具上選用鑄鐵材料，是一個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展趨勢(shì)。球墨鑄鐵具有良好的強(qiáng)韌性和耐磨性，其焊接性能、可加工性和表面淬火性能也都較好，而且成本比合金鑄鐵低，因此在汽車(chē)沖壓模具中應(yīng)用較多。 

    在德國(guó)，小型和小批量生產(chǎn)用模具，常選用G G25和鑄鋼G S45制造；大型和大批量生產(chǎn)用模具，多選用球墨鑄鐵GGG60、GGG70和含Ni、Mo元素的GGG70L制造。在日本豐田公司，采用基體與刃口一體化的特殊鑄鐵材料來(lái)制作修邊模，使模具的制造成本大大降低。鑄鐵整體刃口經(jīng)表面淬火處理后，用于薄板料修邊模壽命可達(dá)幾十萬(wàn)次。新型汽車(chē)沖模材料的研究與應(yīng)用，是影響汽車(chē)模具發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題。由于汽車(chē)模具的尺寸大、用材多，降低模具材料成本對(duì)于增強(qiáng)模具產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。 

    目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)模具的表面處理大多是采用火焰淬火。但是，這種方式有很大的缺點(diǎn)。例如：工件變形、淬火不均勻以及速度慢等。近年來(lái)，激光表面強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展迅速，并已成功地應(yīng)用于汽車(chē)沖壓模具。激光表面強(qiáng)化技術(shù)在模具上的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面，即激光表面淬火和激光熔覆。激光表面強(qiáng)化技術(shù)，可對(duì)不同材料的模具工作表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，以提高模具的使用壽命，修復(fù)磨損面。對(duì)于采用合金鑄鐵制造的覆蓋件模具，火焰淬火的硬度一般為H R C40～50，激光淬火的模具表面硬度則可達(dá)H R C55～65，硬化層的有效深度為0.5mm～0.7mm。激光淬火層硬度均勻，與基體有很強(qiáng)的結(jié)合力。由于激光加熱速度快，熱影響區(qū)小，所以被處理的模具變形很小。激光淬火具有較高的處理速度，通�？蛇_(dá)0.5m2/h。激光熔覆技術(shù)可對(duì)模具表面局部損傷部位進(jìn)行修復(fù)，覆層可與模具零件基體形成最佳的冶金結(jié)合，修復(fù)效果明顯優(yōu)于其他焊接方法。目前，國(guó)內(nèi)許多廠家開(kāi)始嘗試這種技術(shù)，這也是模具行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。 

    6.管理的科學(xué)化與信息化 

    模具行業(yè)是個(gè)特殊行業(yè)，類(lèi)似于流水化生產(chǎn)，又不同于流水化生產(chǎn)。同樣的模具，除非復(fù)制，否則不可能制造兩套完全一樣的模具。因此嚴(yán)格意義上說(shuō)，它是純粹的單件生產(chǎn)。按說(shuō)，都是模具企業(yè)，管理方式、核算方法應(yīng)該相似，但是，目前的狀況是模具企業(yè)各有各的管理方法，而且無(wú)論采取何種管理模式，大家都遇到相同的問(wèn)題。例如：生產(chǎn)計(jì)劃與交期的矛盾、質(zhì)量與成本的矛盾，以及如何最大限度提升數(shù)控機(jī)床效率的問(wèn)題、成本如何計(jì)算才更加合理的問(wèn)題等。隨著E R P的應(yīng)用，大家都把希望寄托在E R P上。但是，由于模具行業(yè)本身的特殊性，沒(méi)有現(xiàn)成的軟件可以應(yīng)用，只能合作或自己開(kāi)發(fā)，目前一汽與軟件公司合作開(kāi)發(fā)了E M A N管理系統(tǒng)，二汽與華中科大開(kāi)發(fā)了自己的管理系統(tǒng)，山大華天與福田模具開(kāi)發(fā)了自己的管理系統(tǒng)，天汽和比亞迪都是自己開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。但是這些系統(tǒng)，都只能應(yīng)用于自己的企業(yè)，別人無(wú)法用。而這些軟件系統(tǒng)目前或多或少都遇到了開(kāi)發(fā)瓶頸，都有自身無(wú)法解決的問(wèn)題。 

    管理科學(xué)化、信息化這個(gè)思路是正確的，依靠管理系統(tǒng)、依靠高科技絕對(duì)是正確的，只不過(guò)現(xiàn)在的路數(shù)可能還不對(duì)，就像軟件編程那樣，還沒(méi)有找到思路，不過(guò)沒(méi)關(guān)系，只要按照管理科學(xué)化、信息化這個(gè)思路走下去，我們一定會(huì)成功。管理科學(xué)化、信息化是模具企業(yè)的必經(jīng)之路。