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模具制造技术的发展——由丰田公司看模具制i戟术的发展趋势摘要：通过对丰田公司最新技术发展和动态的介绍，结合自己多 年来与丰田模具接触的体会，提出一些模具制造业技术发 展的重点方向1. 前言我们通过先后两次与丰田公司的技术合作，看到了当今汽车 车身板金件模具技术的许多非常重要的发展方向，也清楚的认识 到我们与世界先进水平之间的差距，看清了今后我们的技术开发 方向2. 丰田公司模具制造水平丰田公司的模具设计部门是第八生产技术部，制造部门是ST 部丰田公司把400吨冲床所使用的模具定义为一个标准级T 级模具，其他模具都可以折合成C级模具标准，丰田以这种方式 解决模具的量化问题丰田公司年模具产量1999 年 1767 C2000 年 1767 C2001 年 1927 C丰田公司的模具产量，基本维持在这一水平，将不在增加丰山公司的模具总产值约200亿日圆/年整车（轿车）模具由开发至新车下线的周期95年24个月98年18个月99年13个月01年9.9个月单件模具生产周期（以整体侧围板全序模具为例）95年7.5个月96年6.5个月98年5个月99年3.8个月01年2.5个月03年2.0个月模具设计制造成本（C级模具为例）96年817万日圆00年576万日圆0］年520万日圆03年450万日圆由这些数字可以看出，丰田公司的模具制造技术近年来仍属 于快速发展时期，模具的制造周期在5年内降低到原来的30%, 成本下降了近40%。

3. 丰田的两个一工程在丰田模具制造专家的讲解中,给我们留下印象最深的时模 具制造部门ST部，丰山此部门止在开展的两个一工程其中一个是指模具的制造周期缩短至一个月模具的制造周 期是由模具设计完成开始计算，直到模具初步调试合格为止其 中包扌舌：实型制造、铸造、机加工、钳工装配和模具调试等所有 模具制造工序目前丰田模具的实际平均制造周期大约是50天一个月工程”已经启动，实践证明有些模具已经确实作到了， 从实际生产过程看已经没有实质性的技术障碍,现正在努力提高 达标的比例另一个工程就是…次调试合格率大于90%它的意思就是模 具经过装配之后，几乎不需研合、极少打磨、不推光，直接在冲 床上调试，一次试压制件不但没褶皱、破裂现象，而且主要尺寸 精度经检测，合格项次大于90%以我们国内的目前制件质量标 准来看，几乎就是模具一经装配，无须调试目前，丰田的一次 调试合格率已经基本作到了大于96%,而国内还无法达到此类水 平一个月的周期，一发合格，这即是丰田目前的努力目标也是 其实际水平，周期和质量达到这种高度，确实让我们体会到…个 现实的世界先进水平4. 丰田公司模具技术的一些新发展阁瑞斯车身模具与海狮车身模具相比，丰田公司在模具制造技术 上的进步。

4.1 CAE技术的广泛应用丰田公司开展CAE工作已经有7年以上的历史，但在两年前 主要采用建立典型件库的方法，只对特殊变化的制件采用CAE技 术进行分析，采用率不足10%现在，一年要做300多制件的分 析，也就是儿乎所有件全部经过CAE分析分析这种从典型应用到普遍应用的变化的原因，可以对我们 目前国内模具行业中正在积极开展这项工作的厂家有很好提示 作用CAE应用有两个变化：一个是软件的发展，近年来CAE软 件在前后处理等专用性方面有了很大的变化，使用的效率有了成 倍的提高，使得大规模应用有了可能；另一方面，应用目的的变 化，过去CAE应用的主要冃的是希望解决制件成型问题，在像丰 田这样非常重视经验积累的公司，车身关键的外板件的成型性并 不是突出的问题，因此应用CAE事倍功半现在更多的是通过CAE 技术，解决外板件的成型内在质量问题，比如成型裕度、应力分 布是否均匀等问题，重点是产品件的精度问题，这些问题没有CAE 软件，靠人的经验儿乎是不可能完成的4.2模板化设计技术的应用4.2.1戦化设计技术丰FH公司在冲压工艺和模具结构设计技术上的一个主要进步，就是采用了模板化的设计技术通用汽车公司可能是第一个成功应用模板设计于汽车模具设计的，丰田公司经过多年设计自动化开发之后，也最终选择了 模板化设计方式，实现了模具设计自动化的重大突破。

汽车模具的模板化设计，首先要建立庞大的模具模板库，利 用模具的相似性和CAD设计软件的特征设计、变量参数化、几何 相关等技术实现模具的快速设计例如，一辆轿车最主要的外覆 盖件十儿个到二十个左右，加上内覆盖件和地板件大约有200多 种，每一种件对不同的车型会有几种不同的特征，因此，通用公 司的模板库大约有三千种模板丰山公司的模板库还没有完成， 就以所见的轿车后行李箱外板为例，一个件就可能会分为五种类 型，每种类型三序到四序共有模板十几种之多，换句话说，模板 数大约是制件数的十儿倍，一个完整轿车模具模板库的模板数量 应该在2〜3千套模板左右建立了庞大的模板库后，任何一款 新车型的制件总能在模板库中找到一种非常相似的模具模板，只 要稍加改动就可以设计出一款新车模具模板设计正证明了这一 点，世界上最好的全自动设计就是全不动设计汽车模具主耍由两大部分组成，一部分是与冲压件几何形状 有关的型面部分，另一部分就是与复杂型面无关的结构部分在 模板设计中，首先挑选最接近的模板，然后提取制件中的十几个 几何特征，利用软件的几何相关性进行替换，对模具其他尺寸的 调整则主要依靠软件的参数化和变量化功能实现总之，模板化 设计二模板库+几何相关+参数变量化设计。

丰山的模板化设计，不只包括模具结构设计而且包含冲压工 艺设计实现模板设计之后，设计效率可以极大的提高，一个典 型的冲压件的工艺与结构设计时间，一般不超过两三天，所需工 时是过去的大约十分之一当然，丰田目前实际设计周期（包括 冲压工艺和结构设计甚至还有数控编程）平均为一个月时间，设 计工时主耍用在高精度模面设计上，而不是我们目前理解的模具 图纸的设计4. 3模具结构标准化、简易化为提高模具制造效率、降低制造成本，丰田公司主要是在提 高模具设计的标准化和简化上下工夫，特别是采用一切方法减少 不必要的加工工时举几个例子，丰田模具的修边模刃口材料采 用和模座一体的铸铁材料，只此一项就可以减少60%以上修边模 具的加工工时；通过在泡漠实型中大量预埋各种部件，如通气管、 连接板螺栓等，省去了大部分钳工打孔的工序等等通过提高铸 件的精度，减少毛坯的加工余量，作到底面加工余量小于8MM, 型面余量小于7MM,安装面加工余量一般小于5MM不耍小看模 具结构一点一滴的改进，对模具的制造周期和加工成本的降低， 起到了关键的作用我们国内模具行业与国际先进模具行业之间 的差距，就是这一点一滴的差距积累起来的4.4单件高精度并行加工为缩短模具机加工工期，最直接的办法就是单件并行加工。

—套模具往往有几十上百种零件，如果采用分序安装，整体加工 的办法，可以大大降低加工的难度，但制造周期必然很长丰田 公司采用了单件高精度并彳亍制造的办法，所有的零件都时单件加 工，只要设备数量允许，模具的加工周期只等于模具中最长周期 的零件的加工工时，单件加工又采用粗精加工一体化的五面一次 加工成型方法，模具的加工周期可以极大减少丰山公司整套模 具加工周期，由两年前的9天降低到现在的一周之内单件加工 耍求必须采用较高的加工精度，使加工后零件的精度达到不需钳 修i次即可装配完成高精度加工带來的另一项好处就是大大减 少或几乎避免了后序模具的研合和调试4. 5少人无人化制造丰田公司在几年前就建起了模具自动化加工线，但当时利用 率并不高，而现在的自动线加工技术已经日趋成熟，基本可以作 到一次准备就绪后连续工作十天无须人为参与在丰田无人化制 造作为一种实用的模具生产技术已经不是梦想一般人认为无人 化生产，冃的是可以降低人的成本，在我们中国这样人工成本相 对便宜的国家，实现无人化生产的意义并不大其实这是一个误 解，即使是在日本这样人工成本很贵的国家，无人化制造的初衷 也并不是像通过减少用人来降低成本，而是要通过无人化解决夜 班和节假U等人为的因素，造成的模具的制造周期和效率问题； 另一个重耍的原因就是通过无人化，减少因人为原因造成的错 误，只要有人的地方就会制造错误。

在我们国家随着节假FI的增 多，劳动法的严格执行，工人们对夜班和节假日生产的阻力也在 增加，以至人为错误的失误率也会提高，所以实现无人化生产的 意义也同样越来越现实当然，实现无人化制造的条件并不容易 不只是硬件因素，更重耍的是软件环境，也就是员工的素质和工 作质量，还要必须实现很高的编程可靠性能不能作到无人化制 造是一个模具生产企业技术水平的一个很有说服力的代表4.6模具调试的数字量化技术随着丰田模具加工精度的不断提高，大量的装配钳工得到剩 余，随着精细模面设计的应用，模具的调试工作量大大减少，模 具调试钳工得到解放，随着部分制造无人化，现场数控机床操作 工人也得到减少，富余下来的人员主要是向两个地方分流，一个 是充实设计部门，让人的经验为CAD技术服务，称之为IT技术 与人的智能相结合；另一部分人充实模具调试的经验积累小组， 称之为品质测量部门日本丰田公司在模具制造方而的成功事例已经为我们指明 T国内汽车模具制造业的发展方向，我们要将其成功之处运用于 我们自己的民族汽车模具制造业中我们深信民族汽车模具制造 业在不久的将来能够走向世界，为民族汽车工业的迅猛发展奠定 基础。