世界一流模具是如何制造的？看丰田冲压模具工艺

优胜设计史勇老师

在管理和技术有许多独到之处。就丰田模具生产制造技术作初步的探讨，这些内容对急待改进生产方式、推进科学管理和提高制造技术水平的国内汽车模具同行，可能会有一些借鉴和启发。



日本的制造术，一个经济界和汽车界流传了经久的神话，丰田，相信大家都很熟悉，其模具设计和制造技术达到了世界一流的水平，在管理和技术方面都有独到之处。世界汽车模具制造技术正在向这些方向发展：计算机前的操作逐步代替现场操作，以高精度加工代替人的手工劳动，模具的设计、制造高度标准化，单件生产方式向流水线式生产方式发展等等。

模具设计实际上分为三个部分：

冲压工艺设计、模面设计和结构设计。结合我们国内的模具制造情况，丰田在以下一些地方与我们有很大的不同，值得我们很好的借鉴。

连续弯曲模动画



在冲压工艺设计环节看丰田是如何与众不同的：

1、精细模面设计：

丰田在设计阶段通过计算机的曲面造型，完成模面的精细设计。比如：针对进料量不同设计各种拉延筋，同一套模不同部位的拉延筋截面不同，防回弹、过拉延处理，最小压料面设计，凸凹模不等间隙设计等等。精细模面设计的结果，可以极大的减少型面加工，减少钳修，减少试模工时，它的作用非同小可。对比之下，国内的模具设计还停留在结构设计阶段，模具设计的落后造成了制造的落后。

2、板料成型分析技术应用：

丰田建立了一个整车身各种典型件的分析结果库。对一个新车型的件，如果成型性没有太大的变化，只是参考原工艺不做分析，只有特殊的新造型才做板料成型分析。丰田的新车要做样车，对造型特殊的件除了做板料成型分析外一般还要做简易模进行验证。

3、模面设计经验积累机制：

丰田的设计部门除手工勾画草图以外，设计已全部计算机化，一般设计人员除一台工作站外还有一台笔记本电脑。但，真正创造性的设计还是靠人脑，特别是靠人的经验积累。丰田特别强调经验积累机制：只有集体的经验不能有只属于个人的经验，丰田的模具设计和调试过程，真正做到了是一个闭环制造系统，借助于这种自我完善的经验积累机制，模具的设计越来越精细，越来越准确。

4、间隙图设计

在丰田模面设计实际上是由曲面造型和nc编程两部分共同完成的，为了传达和描述模面设计思想，就产生了除dl图、模具图之外的第三种图---间隙图也叫质量保证图。

5、大规模生产对设计的影响：

丰田的生产规模是世界一流的，它在模具设计如何适应大规模生产的要求方面具有丰富的经验。

提高材料利用率：

对于大批量汽车生产来说，提高板料的利用率是模具设计的第一大事。只要把材料利用率提高几个百分点，模具的成本就可乎略不计了。如果一套模具40万人民币，只相当于100吨钢板的价格，以寿命50万件计算，平均每件节约0。2kg钢板，就足可节约出这套模具费用了。

减少冲压工序
模具设计的趋势是，零件的合并，左右对称件合模，前后顺序件合模等等，原来几个件合成一个件，不同的件合在一套模，模具越来越大，单件工序大大减少，整车模具数量越来越少，这对降低冲压的成本起关键作用。例如：丰田把整车制件的模具系数，由过去的3点几降到2左右。冲压自动化：为适应冲压线完全自动化，模具必须考虑机械手上下料，废料的自动排出，气动、自动和传感装置普遍采用等等。

模具的快速装换
冲压线的换模时间，也成为一个模具设计必须考虑的问题。如：拉延模完全以单动代替双动，模具自动卡紧，换模不换气顶杆等等。

设计有两种目的：

一个是面向设计本身，一个是面向制造。设计者在画图过程中逐步完善自己的设计思路，另一方面，设计要面向制造，以提高生产效率为最终目的。

实体设计：模面设计与结构设计的分开：丰田把模具结构设计与模面设计完全分开的，前者是实体设计，后者仍然是曲面设计。在结构设计中模面部分只是示意性的，可用于实型加工，不能用于模具加工。这种分工大大简化了模具实体设计。



实型数控加工：在丰田，实型的生产员工，已完全从手工制作转变到大量的数控编程上来了，现场的简单人工粘接和修整工作，由临时工所充当。实型的数控化生产直接得利于实体设计，而又提高了铸件的精度，为后序的精细加工带来极大的优势。



构造面数控加工：模具构造面就是模具型面以外的机加工面，如：导向面、镶块安装面、螺钉孔、其他需加工面等等，这些在丰田也都是靠编程，数控加工出来的。实体设计为模具的构造面数控编程加工带来了可能。丰田通过实体设计真正做到在模具结构上的CAD/cam一体化，也只有一体化，取消绘制二维图的束缚，实体设计才显示出的它的价值，两者应该同步发展相宜得彰，这就是丰田为我们提供的经验。



高精度加工
模面的加工是模具加工的重点，丰田在近年来大力发展高精度模面加工技术，取得了让人耳目一新的成果。

型面高精度加工：型面高精度加工主要体现在这样几个方面：提高模面加工精度、提高加工到位程度、实现模面的精细设计。高精度加工除机床精度和刀具的管理外，主要是靠编程技术的改进来实现的;

二维刃口的高精度加工：丰田的二维刃口镶块加工，采用在专用的镶块加工流水线上，单块加工成活，加工精度可以达到按销定位装配，合模无须对间隙的程度。

高精度加工的效果：丰田通过高精度加工，使模具精度达到了模面的少钳工、无钳工化的目标。丰田的标准计划中，由机加工完成之后到第一次试模之间，只有七个钳工工作日，它基本是钳工装配时间，而没有钳工修磨工时。



模具行业大有向第三世界转移的趋势。通过丰田的发展，我们有了一些新的认识，模具生产越来越依赖高科技，完全可以把人工劳动降到很低，汽车对模具生产的需求最重要的是高质量和短周期，在大规模汽车生产中，模具本身的成本远远不如模具的使用成本更重要。

丰田的技术告诉我们
好的模具应该是设计出来的;模具也可以流水线生产;高新技术应用是模具制造技术发展的动力;国内汽车模具业与世界先进水平相比还有较大差距，如果我们不努力，这种差距不是缩小，而是会拉大。国内的汽车模具厂家不是很多，但却吃不饱，我们高质量模具的市场被周边国家和地区的模具厂占领了，我们不向世界上最先进的模具技术学习，还能生存么?

最后再给大家分享一下丰田模具的内部情况

丰田模具设计与制造部门概况

丰田汽车公司中与冲压模具设计

制造有关的部门主要有两个，其中负责模具设计的是第八生产技术部，负责模具制造的是st部（st为冲模的英文缩写）。它们都直属于总公司，生产技术1-8部属于生产准备部门，冲模部（st部）属于工机制造部门。

第8生产技术部，其主要职责是模具设计和冲压设备准备，加上它所属的计划、生产准备、部属等科室共有将近350人。其中与模具设计有关的技术室有三个，它们是由从事的产品件类型来划分的：

部门/职责/人员

一室

车身周边件模具设计

（ 车门、机盖、后行李厢盖） 约70人

二室

主车身件模具设计

（侧围、翼子板、顶盖等） 约75人

三室

底板、梁架件模具设计

（地板、发动机舱等） 约30人

每个室又分为冲压工艺与模具结构设计两个组。专业化分工是丰田模具设计部门工作的特点

模具设计内容细分

丰田把模具设计分成三个工序：工序设计、模面设计和结构设计，分工明确，分别由专门人员负责。工序设计主要完成工序草图、dl图设计、作详细的模具设计任务书、模面构想等，模具设计的主要创造性劳动都在这一步靠人脑完成。模面设计几乎是单纯的曲面造型，结构设计的重点在于模具结构的具体实现。



人员专业化分工细微

各个室只负责一类产品件，每个人在一定时间内负责同一个件，甚至是同一类模具。由于丰田每年开发的新车可达十种，这就是说，可能有的人在一年内画十套非常相似的前车门外板拉延模，其专业化程度可想而知。

模具的社会大分工

日本的模具制造专业性分工很强，丰田虽然自己的模具制造能力很强，但它并不是什么模都干。比如，整车所有件的冲压工艺和模具的整车协调，他自己都负责，但模具设计和制造他只干车身内外覆盖件，地板和梁架件全部到定点厂家外协。不但丰田如此，国外的大汽车公司所属模具厂无不如此，比如日本大发公司模具厂，甚至只做侧围、翼子板、顶盖等有限的几种外覆盖件。这可以看作是一种发展趋势，在韩国、台湾甚至是专业模具厂家也是向只做几种件的更专业方向发展。

模具制造部（st部）

丰田st部负责模具制造和新车整车模具的协调，并一直到大批量生产之前的冲压生产准备。