豐田汽車公司的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

1、東西豐田汽車公司的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是世界一流水平，它的管理和技術(shù)有許多獨(dú)到之處。 是好 , 我們應(yīng)如何借鑒？一 豐田模具設(shè)計(jì)與制造部門概況 豐田汽車公司中與沖壓模具設(shè)計(jì)制造有關(guān)的部門主要有兩個(gè)，其中負(fù)責(zé)模具設(shè)計(jì)的 是第八生產(chǎn)技術(shù)部，負(fù)責(zé)模具制造的是 ST 部（ ST 為沖模的英文縮寫） 。它們都直屬于總公司， 生產(chǎn)技術(shù) 1-8 部屬于生產(chǎn)準(zhǔn)備部門，沖模部（ ST 部）屬于工機(jī)制造部門。1 第 8 生產(chǎn)技術(shù)部 其主要職責(zé)是模具設(shè)計(jì)和沖壓設(shè)備準(zhǔn)備，加上它所屬的計(jì)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備、部屬等科 室共有將近 350 人。其中與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的技術(shù)室有三個(gè)，它們是由從事的產(chǎn)品件類型來(lái)劃分的：部門 職責(zé) 人員一室

2、 車身周邊件模具設(shè)計(jì)（ 車門、機(jī)蓋、后行李廂蓋） 約 70 人二室 主車身件模具設(shè)計(jì)（側(cè)圍、翼子板、頂蓋等） 約 75 人三室 底板、梁架件模具設(shè)計(jì) （地板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙等） 約 30 人 每個(gè)室又分為沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)組。 專業(yè)化分工是豐田模具設(shè)計(jì)部門工作的特點(diǎn)a 模具設(shè)計(jì)內(nèi)容細(xì)分 豐田把模具設(shè)計(jì)分成三個(gè)工序：工序設(shè)計(jì)、模面設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分工明確，分別 由專門人員負(fù)責(zé)。工序設(shè)計(jì)主要完成工序草圖、 DL 圖設(shè)計(jì)、作詳細(xì)的模具設(shè)計(jì)任務(wù)書、模面構(gòu) 想等， 模具設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)都在這一步靠人腦完成。 模面設(shè)計(jì)幾乎是單純的曲面造型， 結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于模具結(jié)構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)。b 人員專業(yè)化分工

3、細(xì)微 各個(gè)室只負(fù)責(zé)一類產(chǎn)品件， 每個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)負(fù)責(zé)同一個(gè)件， 甚至是同一類模具。 由于豐田每年開發(fā)的新車可達(dá)十種， 這就是說(shuō)， 可能有的人在一年內(nèi)畫十套非常相似的前車門外 板拉延模，其專業(yè)化程度可想而知。c. 模具的社會(huì)大分工 日本的模具制造專業(yè)性分工很強(qiáng)，豐田雖然自己的模具制造能力很強(qiáng)，但它并不是 什么模都干。比如，整車所有件的沖壓工藝和模具的整車協(xié)調(diào)， 他自己都負(fù)責(zé)， 但模具設(shè)計(jì)和制 造他只干車身內(nèi)外覆蓋件， 地板和梁架件全部到定點(diǎn)廠家外協(xié)。 不但豐田如此， 國(guó)外的大汽車公 司所屬模具廠無(wú)不如此，比如日本大發(fā)公司模具廠，甚至只做側(cè)圍、翼子板、 頂蓋等有限的幾種 外覆蓋件。 這可以看作是

4、一種發(fā)展趨勢(shì)， 在韓國(guó)、 臺(tái)灣甚至是專業(yè)模具廠家也是向只做幾種件的 更專業(yè)方向發(fā)展。2 模具制造部（ ST 部）豐田 ST 部負(fù)責(zé)模具制造和新車整車模具的協(xié)調(diào)，并一直到大批量生產(chǎn)之前的沖壓 生產(chǎn)準(zhǔn)備。ST 部構(gòu)成： 科室 責(zé)任 人員技術(shù)室 生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)計(jì)劃、 89 人 生產(chǎn)準(zhǔn)備、設(shè)備計(jì)劃NC 課 NC 編程、檢查 175 人實(shí)型課 驗(yàn)具、實(shí)型制造 142 人機(jī)械課 機(jī)械加工 173 人鉗工課 鉗工、裝配 237 人調(diào)試課 試模、調(diào)試 204 人總共 1020 人 主要數(shù)控加工設(shè)備： 構(gòu)造面加工數(shù)控銑床 39 臺(tái) 型面加工高速、五軸五面銑 15 臺(tái) 新型一體化加工設(shè)備 6 臺(tái) 其他小件加工

5、設(shè)備 31 臺(tái) 總計(jì) 92 臺(tái)從人員和生產(chǎn)能力上看， ST 部都算得上是世界上最大的汽車模具廠之一。 3 豐田的模具設(shè)計(jì)和制造能力模具設(shè)計(jì)與制造能力： 每年大約可開發(fā) 10 個(gè)轎車整車模具； 模具產(chǎn)量（標(biāo)準(zhǔn)套） 約 2000 套 /年 內(nèi)制率 60% （外協(xié) 40% ）主要產(chǎn)品中： 模具占 80%驗(yàn)具占 7%其他占 13%全年完成模具制造成本預(yù)算 近 200 億日元人均模具產(chǎn)量 2 標(biāo)準(zhǔn)套 / 人。年 模具制造成本（不含設(shè)計(jì)） 約 600 萬(wàn)日元 /套 工時(shí)成本（平均） 約 1 萬(wàn)日元 / 小時(shí)整車模具設(shè)計(jì)制造周期 12 個(gè)月（由車身設(shè)計(jì)完成至新車批量生產(chǎn)）其中包括整車全部模具設(shè)計(jì)周期 5 個(gè)

6、月制造周期 5 個(gè)月調(diào)試周期 6 個(gè)月由此可見，豐田一年的轎車生產(chǎn)能力大約 500 萬(wàn)輛（日本國(guó)內(nèi)部分約占 50% ），是 中國(guó)大陸轎車產(chǎn)量的十倍， 而模具設(shè)計(jì)制造能力也超過(guò)我們?nèi)珖?guó)汽車模具生產(chǎn)能力的數(shù)倍。 豐田 的整車模具制造周期， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于我們的一般單套模具制造周期， 它的標(biāo)準(zhǔn)單套模具制造周期為三 至四個(gè)月，在我們看來(lái)還是一個(gè)夢(mèng)想。我們的模具質(zhì)量水平與豐田相比相差更遠(yuǎn)。4 豐田一般模具制造周期 豐田把模具的制造計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)模具的復(fù)雜程度可分為短周期、標(biāo)準(zhǔn)周期和長(zhǎng)周期三種。現(xiàn)以單套模具的設(shè)計(jì)制造周期（拉延模，標(biāo)準(zhǔn)周期）為例：沖壓工藝模具設(shè)計(jì)模面設(shè)計(jì)NC 編程實(shí)型制作鑄造機(jī)加工鉗工裝配20

7、 天 20 天 8 天 15 天 7 天 12 天 9 天 7 天 單套拉延模總周期 62 天 其中制造周期 52 天 以上周期包括模具的設(shè)計(jì)、制造直至模具初次試模完成為止。如果再考慮產(chǎn)品件各 序模具的總周期， 單個(gè)制件各序模具的總周期， 要在拉延模的基礎(chǔ)上再加 22 天（包括模具調(diào)試， 但不包括整車調(diào)試） ，總共 84 天。以上天數(shù)均為工作日（節(jié)假日除外） ，換算為日歷日大約為 20 天等于一個(gè)月，也就 是單套模具制造周期三至四個(gè)月。豐田的模具制造也是按照準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)方式進(jìn)行的，全部倒排計(jì)劃，計(jì)劃到每一個(gè)工 作日，不提前投產(chǎn)，避免增加在產(chǎn)模具。我們的倒排計(jì)劃往往是為趕工期，人為的壓縮工期。而

8、豐田的倒排計(jì)劃，是為了在必要的時(shí)候生產(chǎn)出必要的產(chǎn)品，避免提前投產(chǎn)造成生產(chǎn)過(guò)剩的浪費(fèi)。豐田模具制造技術(shù)近十年來(lái)本人曾在日本多家模具制造廠進(jìn)行過(guò)較為深入的學(xué)習(xí)和考察，先后累計(jì)時(shí)間達(dá) 6 個(gè)多月。對(duì)比以后發(fā)現(xiàn)，豐田的模具技術(shù)在日本的模具廠家中也是十分突出的，無(wú)論是 能力、 效率及技術(shù)都不愧為世界一流水平。 通過(guò)對(duì)豐田的了解我們可以看到， 世界汽車模具制造 技術(shù)正在向這些方向發(fā)展： 計(jì)算機(jī)前的操作逐步代替現(xiàn)場(chǎng)操作， 以高精度加工代替人的手工勞動(dòng)， 模具的設(shè)計(jì)、 制造高度標(biāo)準(zhǔn)化， 單件生產(chǎn)方式向流水線式生產(chǎn)方式發(fā)展等等。 結(jié)合我們國(guó)內(nèi)的模 具制造情況，豐田在以下一些地方與我們有很大的不同，值得我們很好的

9、借鑒。1 沖壓工藝設(shè)計(jì)A 精細(xì)模面設(shè)計(jì)我們常說(shuō)的模具設(shè)計(jì)實(shí)際上分為三個(gè)部分：沖壓工藝設(shè)計(jì)、模面設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 這三種設(shè)計(jì)的內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)是完全不同的， 豐田的工作流程為先有沖壓工藝設(shè)計(jì)然后指導(dǎo)模面設(shè) 計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 分別由不同的人來(lái)做， 專業(yè)分工很明確。 傳統(tǒng)的沖壓工藝設(shè)計(jì)采用工序圖或 是 DL 圖，它的模面設(shè)計(jì)是非常粗略的，以這樣的圖紙指導(dǎo)下的工藝造型，必須在后序靠人工修 整、制造工藝禰補(bǔ)，造成模具制造的人工鉗修量很大、周期延長(zhǎng)。 豐田在設(shè)計(jì)階段通過(guò)計(jì)算機(jī)的 曲面造型，完成模面的精細(xì)設(shè)計(jì)。比如：針對(duì)進(jìn)料量不同設(shè)計(jì)各種拉延筋，同一套模不同部位的 拉延筋截面不同，防回彈、過(guò)拉延處理，最小壓料

10、面設(shè)計(jì)，凸凹模不等間隙設(shè)計(jì)等等。精細(xì)模面 設(shè)計(jì)的結(jié)果，可以極大的減少型面加工，減少鉗修，減少試模工時(shí)，它的作用非同小可。對(duì)比之下， 國(guó)內(nèi)的模具設(shè)計(jì)還停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段， 模面設(shè)計(jì)沒有受到很好的重視， 模面實(shí)際上是靠后天完成，模具設(shè)計(jì)的落后造成了制造的落后，也就毫不奇怪了。B 板料成型分析技術(shù)應(yīng)用情況豐田公司從 5-6 年前，開始應(yīng)用有限元法做計(jì)算機(jī)模擬板料成型分析，主要應(yīng)用的 解算軟件為美國(guó)的 DYNA3D ，他們經(jīng)過(guò)了近三年的努力才達(dá)到實(shí)用水平。目前， 豐田建立了一個(gè)整車身各種典型件的分析結(jié)果庫(kù)。 對(duì)一個(gè)新車型的件， 如果成型性沒有太大的變化， 只是參考原 工藝不做分析， 只有特殊的新造型才

11、做板料成型分析。 豐田的新車要做樣車， 對(duì)造型特殊的件除 了做板料成型分析外一般還要做簡(jiǎn)易模進(jìn)行驗(yàn)證。因此， 豐田人認(rèn)為目前板料成型分析還不是一件必需的、簡(jiǎn)單的事，無(wú)論是周期還是成本都有很大代價(jià)。本人認(rèn)為，豐田的車型開發(fā)量很大，車型之間變化不大、類似件很多，又積累了豐 富的人的經(jīng)驗(yàn)， 板料成型分析確實(shí)用武之地不多， 建立一個(gè)分析結(jié)果庫(kù)是一個(gè)好方法 （日本富士 模具公司也是這么做的） 。反觀國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，一方面模具廠專業(yè)分工很低，各種件都會(huì)遇到，難有 現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)，似乎更需要板料成型技術(shù)。另一方面，技術(shù)水平低支持環(huán)境差（如：板料參數(shù)、摩擦 系數(shù)等難掌握） ，模具廠應(yīng)用起來(lái)，要達(dá)到實(shí)用（不講效果、不計(jì)代價(jià)

12、的研究不算）也是非常困 難的。即使是成立專業(yè)分析公司，考慮用戶數(shù)量、周期、價(jià)格等因素，恐怕也曲高和寡。目前， 這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用效果還難有定論。C 模面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制 豐田的設(shè)計(jì)部門除手工勾畫草圖以外，設(shè)計(jì)已全部計(jì)算機(jī)化，一般設(shè)計(jì)人員除一臺(tái) 工作站外還有一臺(tái)筆記本電腦。但，真正創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)還是靠人腦，特別是靠人的經(jīng)驗(yàn)積累。 豐 田特別強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制：只有集體的經(jīng)驗(yàn)不能有只屬于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，比如：資料的統(tǒng)一管理， 草圖設(shè)計(jì)的小組討論，圖紙的多部門集體審核，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、 規(guī)范的經(jīng)常性增改等等。 經(jīng)驗(yàn)積累機(jī) 制是豐田能夠不斷提高模面精細(xì)設(shè)計(jì)的主要手段。 比如： 模具加工完成之后， 一般模具型面

13、不用 研合，刃口不必對(duì)間隙，鉗工只負(fù)責(zé)安裝，在初次試模時(shí)也不能隨便修調(diào)模具， 調(diào)試模具有模面 設(shè)計(jì)人員在場(chǎng)，初次試模缺陷需要記錄下來(lái)。最后的休整結(jié)果，象拉延筋、拉延圓角變動(dòng)、對(duì)稱 件的不對(duì)稱現(xiàn)象等，還要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。這些資料的積累、整理、分析、存檔，都是模面設(shè)計(jì)的 經(jīng)驗(yàn)積累，并隨時(shí)加入到下一次的設(shè)計(jì)中去。豐田的模具設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程，真正做到了是一個(gè)閉環(huán)制造系統(tǒng)，借助于這種自我完 善的經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制，模具的設(shè)計(jì)越來(lái)越精細(xì)，越來(lái)越準(zhǔn)確。1. D 間隙圖設(shè)計(jì) 在豐田，模面設(shè)計(jì)實(shí)際上是由曲面造型和 NC 編程兩部分共同完成的，為了傳達(dá)和 描述模面設(shè)計(jì)思想，就產(chǎn)生了除 DL 圖、模具圖之外的第三種圖 - 間

14、隙圖也叫質(zhì)量保證圖。間隙圖本人在以前還沒有見識(shí)過(guò)，這可能是豐田的一種創(chuàng)造。模具的設(shè)計(jì)不是單純 為了設(shè)計(jì)出一種機(jī)器，能夠完成它一定的動(dòng)作就完了（這只能叫作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)） ，模具設(shè)計(jì)的最終 目的是為了保證它所壓出的產(chǎn)品件是合格的高質(zhì)量的， 間隙圖就是這樣一種專為保證產(chǎn)品件質(zhì)量 的圖。質(zhì)量保證圖中，主要包括這樣幾項(xiàng)內(nèi)容：模具實(shí)際符型面區(qū)域、各個(gè)符型區(qū)域的間隙值、 工藝要求的模面變化情況、 拉延圓角的變化、 各種模面的挖空等等。 凡是無(wú)法通過(guò)曲面造型實(shí)現(xiàn) 的模面設(shè)計(jì)，都通過(guò)間隙圖的傳達(dá)，依靠 NC 編程的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在這里 NC 編程也不再是單純 的實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的加工， 它實(shí)際上也參與到模面設(shè)計(jì)中來(lái)了。

15、因此， 間隙圖的應(yīng)用也是精細(xì)模面 設(shè)計(jì)的一種必然。2. E 大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)模具的影響豐田的生產(chǎn)規(guī)模是世界一流的，它在模具設(shè)計(jì)如何適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求方面具有 豐富的經(jīng)驗(yàn)。提高材料利用率：對(duì)于大批量汽車生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，提高板料的利用率是模具設(shè)計(jì)的第一 大事。只要把材料利用率提高幾個(gè)百分點(diǎn)，模具的成本就可乎略不計(jì)了。如果一套模具 40 萬(wàn)人 民幣，只相當(dāng)于 100 噸鋼板的價(jià)格，以壽命 50 萬(wàn)件計(jì)算，平均每件節(jié)約 0。 2KG 鋼板，就足可 節(jié)約出這套模具費(fèi)用了。減少?zèng)_壓工序：模具設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是，零件的合并，左右對(duì)稱件合模，前后順序件合 模等等，原來(lái)幾個(gè)件合成一個(gè)件，不同的件合在一套模，模具越來(lái)越大，單件

16、工序大大減少，整 車模具數(shù)量越來(lái)越少，這對(duì)降低沖壓的成本起關(guān)鍵作用。例如： 豐田把整車制件的模具系數(shù)， 由 過(guò)去的 3 點(diǎn)幾降到 2 左右。沖壓自動(dòng)化：為適應(yīng)沖壓線完全自動(dòng)化，模具必須考慮機(jī)械手上下料，廢料的自動(dòng) 排出，氣動(dòng)、自動(dòng)和傳感裝置普遍采用等等。模具的快速裝換：沖壓線的換模時(shí)間，也成為一個(gè)模具設(shè)計(jì)必須考慮的問題。如： 拉延模完全以單動(dòng)代替雙動(dòng)，模具自動(dòng)卡緊，換模不換氣頂桿等等。2 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工設(shè)計(jì)有兩種目的：一個(gè)是面向設(shè)計(jì)本身，一個(gè)是面向制造。設(shè)計(jì)者在畫圖過(guò)程中逐 步完善自己的設(shè)計(jì)思路，圖畫完了，自己也清楚了， 因此圖紙首先要設(shè)計(jì)者自己看得方便， 并使 設(shè)計(jì)的工作效率高。另一方

17、面，設(shè)計(jì)要面向制造，以提高生產(chǎn)效率為最終目的。我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到不同的生產(chǎn)工藝流程決定了圖紙的表達(dá)形式。傳統(tǒng)的模具總裝圖加 零件圖的形式， 適應(yīng)的是非框架結(jié)構(gòu)的模具生產(chǎn)。 采用大型數(shù)控銑加工以后， 模具總成圖成為更 好的形式。在全面應(yīng)用 CAD 設(shè)計(jì)之后，如果生產(chǎn)方式?jīng)]變， 那么二維設(shè)計(jì)和總圖設(shè)計(jì)也不會(huì)變， 只是把圖板換成了屏幕和鍵盤。我公司在 97 年曾一度改二維設(shè)計(jì)為三維實(shí)體設(shè)計(jì)，然而效果并 不好，設(shè)計(jì)效率降低、生產(chǎn)上也沒有得多少實(shí)惠。豐田在 CAD 三維實(shí)體設(shè)計(jì)與制造緊密相配合方面為我們提供了比較成功的經(jīng)驗(yàn)。3. A 實(shí)體設(shè)計(jì)豐田的模具設(shè)計(jì)已全部采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)，應(yīng)用的軟件為 ENGINNE

18、R 。模面設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分開：豐田把模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模面設(shè)計(jì)完全分開的，前者是 實(shí)體設(shè)計(jì)，后者仍然是曲面設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中模面部分只是示意性的， 可用于實(shí)型加工， 不能 用于模具加工。這種分工大大簡(jiǎn)化了模具實(shí)體設(shè)計(jì)，這種簡(jiǎn)化對(duì)三維實(shí)體設(shè)計(jì)的成敗很重要。取消二維圖紙： 尺寸標(biāo)注大約占繪圖工作量的 40% ，豐田不繪制傳統(tǒng)意義上的二維 圖紙， 也就完全省去了這一部分的工作量。 取而代之的是根據(jù)各工序需要， 給出必須的三維立體 簡(jiǎn)圖，和標(biāo)注必要尺寸的平面簡(jiǎn)圖。如果從三維設(shè)計(jì)出發(fā)， 最終得二維圖的結(jié)果，那把一個(gè)三維 實(shí)體轉(zhuǎn)變成符合人看圖習(xí)慣的二維圖，將是非常費(fèi)時(shí)、費(fèi)事的， 設(shè)計(jì)出的實(shí)體變得毫無(wú)價(jià)值，

19、這 顯然違背了實(shí)體設(shè)計(jì)的初衷，豐田的成功之處就是沒有這么做。搭積木和編輯式設(shè)計(jì)：三維實(shí)體設(shè)計(jì)采用搭積木式設(shè)計(jì)，依靠三維標(biāo)準(zhǔn)件和典型結(jié)構(gòu)庫(kù)， 使模具結(jié)構(gòu)極大的標(biāo)準(zhǔn)化， 變二維繪圖構(gòu)思為三維立體布置。 同時(shí)大量借用已有的相似模 具結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單編輯、修改，完成新模設(shè)計(jì)。這對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，是觀念上的一場(chǎng)革命，如果還 墨守成規(guī)，先畫平面圖再生成立體型，那三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)就成了負(fù)擔(dān)，效率太低了。干涉檢查：在二維設(shè)計(jì)中，往往設(shè)計(jì)者并沒有真正的建立起三維的模具形象，對(duì)復(fù) 雜的空間問題只能靠斷面圖，一旦經(jīng)驗(yàn)不足， 考慮不周， 空間干涉就再所難免。 三維實(shí)體設(shè)計(jì)最 直接的好處， 就是非常直觀方便的干涉檢查， 甚至可

20、以作運(yùn)動(dòng)干涉分析。 以往二維圖設(shè)計(jì)時(shí)的一 個(gè)老大難問題，在實(shí)體設(shè)計(jì)面前迎刃而解。實(shí)體設(shè)計(jì)中的刪繁就簡(jiǎn)： 實(shí)體設(shè)計(jì)直接面向制造， 它所設(shè)計(jì)的繁簡(jiǎn)因加工需要而定， 完全不必考慮人的看圖習(xí)慣。比如：鑄件的倒角，在加工中凹角靠刀具完成，凸角靠人工修整， 所以，設(shè)計(jì)中就不必做了；又如：標(biāo)準(zhǔn)件，完全是采購(gòu)件，在設(shè)計(jì)中也可以變成示意性的簡(jiǎn)單幾 何體等等。 還有許多設(shè)計(jì)工作， 實(shí)際上是靠后序的工藝規(guī)范完成的， 如螺釘孔位置， 鑲塊形狀等。 因加工需要而設(shè)計(jì)是最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。半自動(dòng)設(shè)計(jì)：豐田在實(shí)體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)拉延模等一些結(jié)構(gòu)典型而標(biāo)準(zhǔn)化比較高 的模具，已經(jīng)開發(fā)出具有一定功能的輔助程序，做到半自動(dòng)設(shè)計(jì)。 比如：

21、 拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都 交給，新手、女職員來(lái)完成，設(shè)計(jì)一套模全部工作也用不了一周時(shí)間。B 實(shí)型數(shù)控加工 實(shí)體設(shè)計(jì)的第一個(gè)用途，就是鑄件泡沫實(shí)型完全采用數(shù)控加工。豐田的實(shí)型模是用 一整塊矩形泡沫數(shù)控加工出來(lái)的。 實(shí)型的數(shù)控化加工生產(chǎn)， 就是通過(guò)對(duì)實(shí)體模型的工藝編輯 （如： 加工面貼加工余量，模型分層編輯等） ，再經(jīng)過(guò)數(shù)控編程，泡沫毛坯下料，數(shù)控加工，人工粘接 和修整等幾道工序完成的。 在豐田， 實(shí)型的生產(chǎn)員工， 已完全從手工制作轉(zhuǎn)變到大量的數(shù)控編程 上來(lái)了， 現(xiàn)場(chǎng)的簡(jiǎn)單人工粘接和修整工作， 由臨時(shí)工所充當(dāng)。 實(shí)型的數(shù)控化生產(chǎn)直接得利于實(shí)體 設(shè)計(jì)，而又提高了鑄件的精度，為后序的精細(xì)加工帶來(lái)極大的優(yōu)

22、勢(shì)。C 構(gòu)造面數(shù)控加工 模具構(gòu)造面就是模具型面以外的機(jī)加工面，如：導(dǎo)向面、鑲塊安裝面、螺釘孔、其 他需加工面等等。 這些在豐田也都是靠編程， 數(shù)控加工出來(lái)的。 實(shí)體設(shè)計(jì)為模具的構(gòu)造面數(shù)控編 程加工帶來(lái)了可能。構(gòu)造面加工編程化，可以大大提高機(jī)加工效率，減少現(xiàn)場(chǎng)的人為操作失誤， 提高加工的自動(dòng)化程度。 當(dāng)然要做到這一點(diǎn)， 除實(shí)體設(shè)計(jì)之外， 還要作許多工作， 如：自動(dòng)對(duì)刀、 刀具管理、加工參數(shù)、編程經(jīng)驗(yàn)等等，這方面我們與豐田的差距就更大，沒有這些基礎(chǔ)，構(gòu)造面 的編程加工是不可能的。豐田通過(guò)實(shí)體設(shè)計(jì)真正做到在模具結(jié)構(gòu)上的 CAD/CAM 一體化，也只有一體化，取 消繪制二維圖的束縛， 實(shí)體設(shè)計(jì)才顯示出

23、的它的價(jià)值， 兩者應(yīng)該同步發(fā)展相宜得彰， 這就是豐田 為我們提供的經(jīng)驗(yàn)。3 高精度加工 模面的加工是模具加工的重點(diǎn)，豐田在近年來(lái)大力發(fā)展高精度模面加工技術(shù)，取得 了讓人耳目一新的成果。4. A 型面的高精度加工 型面高精度加工主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面： 提高模面加工精度、 提高加工到位程度、 實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)設(shè)計(jì)。 高精度加工除機(jī)床精度和刀具的管理外， 主要是靠編程技術(shù)的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。加工方法包括等高線加工、最大長(zhǎng)度順向走刀加工，精加工走刀移行密度達(dá)到0 。3MM ，同時(shí)改垂直刀為 30 度角的高速加工等等方法，以提高加工精度。同時(shí)在凹角清根、凸圓角加工到位、控制模具配合的不等距間隙、最大可能的

24、縮小 符型面方面都要加工到位，以實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)加工。5. B 二維刃口的高精度加工 豐田的二維刃口鑲塊加工，采用在專用的鑲塊加工流水線上，單塊加工成活，加工 精度可以達(dá)到按銷定位裝配， 合模無(wú)須對(duì)間隙的程度。 當(dāng)二維刃口整體加工時(shí)， 也采用在線測(cè)量 的方法來(lái)保證凸凹模的合模間隙， 二維刃口的高精度最大的好處是能保證制件的修邊毛刺得到很 好的控制。6. C 高精度加工的效果 豐田通過(guò)高精度加工，使模具精度達(dá)到了模面的少鉗工、無(wú)鉗工化的目標(biāo)。豐田的 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中， 由機(jī)加工完成之后到第一次試模之間， 只有七個(gè)鉗工工作日， 它基本是鉗工裝配時(shí) 間，而沒有鉗工修磨工時(shí)。在豐田，模具一經(jīng)加工完成，基本上不

25、用修圓角、不用開間隙、不用 修清根，不對(duì)刃口，不研合，甚至拉延模的型面都不用去刀痕、不推磨，唯一的鉗修就是用油石 推磨拉延凸圓角和壓料拉延面。 而且第一次試模， 無(wú)須修模的試壓制件合格率都達(dá)到 80% 以上。 如果不是親眼所見難以讓人置信，這就是精細(xì)模面設(shè)計(jì)和高精度加工的威力。4 其他技術(shù)7. A 模具材料 豐田的拉延模材料主要采用球墨鑄鐵而不是目前國(guó)內(nèi)流行的合金鑄鐵。球墨鑄鐵焊 接性能、可加工性能好、耐磨性能和表面淬火硬度都比較理想，而成本比合金鑄鐵要低得多了。 修邊刃口材料， 選用型材鑲塊而不是符型的鑄鋼， 主要是因?yàn)殍T鋼成本要高得多。 最值得注意的 是，豐田現(xiàn)已經(jīng)大量采用基體與刃口一體化

26、的特殊鑄鐵材料作修邊模， 使模具的機(jī)加工成本大為 降低。請(qǐng)注意這里的刃口既不堆焊，也不是鋼材， 鑄鐵整體刃口只經(jīng)表面火焰淬火， 直接用于幾 十萬(wàn)次壽命的薄板料修邊模。而且這種鑄件的成本還不高。8. B 表面處理 豐田的拉延模型面的表面處理，要求較高的采用電鍍，其它模，翻邊、修邊刃口鑲 塊基本上采用火焰淬火。日本目前沒有采用離子滲氮技術(shù)， 據(jù)豐田人講， 也有試用的考慮。 對(duì)厚 板料長(zhǎng)壽命的刃口材料，豐田采用具有自己專利的特殊鋼材，也是火焰淬火。 而先加工成型， 后 整體淬火的方法，由于淬火帶來(lái)的變形只能靠人工修整，在豐田沒有見到使用。9. C 模具生產(chǎn)中的檢驗(yàn) 模具是單件生產(chǎn)，保證質(zhì)量是一件非常

27、困難的事，國(guó)內(nèi)的模具廠大都配備大量的專 職工序質(zhì)檢人員，這嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，但質(zhì)量把關(guān)效果還不佳。豐田是怎么做的呢？ 工序檢驗(yàn)：豐田人認(rèn)為產(chǎn)品的質(zhì)量在源頭，設(shè)計(jì)、工藝、編程、機(jī)床、刀具才是質(zhì) 量真正的保證，質(zhì)量是生產(chǎn)出來(lái)的而不是檢查出來(lái)的，因此，模具各序之間沒有專職檢驗(yàn)， 只有 自檢和互檢，質(zhì)量的把關(guān)靠得是每一個(gè)生產(chǎn)者。型面檢測(cè)：模具的型面也基本沒有測(cè)量檢驗(yàn)。大量的型面檢測(cè)，如測(cè)拉延圓角，拉 延筋的修正量， 曲面的光順度等主要是為了模面設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)， 而不是為了檢驗(yàn)?zāi)＞哔|(zhì)量是否合 格。制件檢測(cè)：豐田的產(chǎn)品件檢查，主要靠三維測(cè)量機(jī)進(jìn)行自動(dòng)數(shù)值檢測(cè)，但他們也做 驗(yàn)具，驗(yàn)具只起產(chǎn)品件定位支撐的作用。

28、因此驗(yàn)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有強(qiáng)制卡緊裝置，他們的產(chǎn)品件 檢測(cè)幾乎是處于自由狀態(tài)下的檢測(cè)，這對(duì)產(chǎn)品件的符型性是一個(gè)非常嚴(yán)格的要求。三 技術(shù)發(fā)展動(dòng)向前幾年我們看到發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車模具行業(yè)似乎在萎縮。因?yàn)椋?dāng)時(shí)認(rèn)為模具生產(chǎn)離 不開人的手工勞動(dòng)， 發(fā)達(dá)國(guó)家具有工資成本高、 沒有人愿意干這一行等因素， 模具行業(yè)大有向第 三世界轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。通過(guò)豐田的發(fā)展，我們有了一些新的認(rèn)識(shí)， 模具生產(chǎn)越來(lái)越依賴高科技， 完 全可以把人工勞動(dòng)降到很低， 汽車對(duì)模具生產(chǎn)的需求最重要的是高質(zhì)量和短周期， 在大規(guī)模汽車 生產(chǎn)中， 模具本身的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如模具的使用成本更重要。 從這一點(diǎn)上看， 目前我們的模具生產(chǎn) 不具什么優(yōu)勢(shì)， 這種工業(yè)

29、轉(zhuǎn)移也不會(huì)成潮流， 這十多年來(lái)， 我們通過(guò)硬件的技術(shù)引進(jìn)得到的技術(shù) 進(jìn)步， 并沒有禰補(bǔ)上因人家更加努力的追求技術(shù)進(jìn)步而帶來(lái)的新的差距。 換個(gè)角度說(shuō)， 如果汽車 模具行業(yè)真的向第三世界轉(zhuǎn)移的話， 那一定是個(gè)夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)， 目前汽車模具在車身材料沒有突破性 變化的情況下，還是有一定的發(fā)展空間和需求的。1 重點(diǎn)發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù) 豐田模具制造技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，在于突出計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，越來(lái)越多的人從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)前。 實(shí)體設(shè)計(jì)加上數(shù)控編程， 取代了人工實(shí)型制作和機(jī)床操作。 精細(xì)模面設(shè)計(jì)和精 細(xì)數(shù)控編程大大減少了鉗修， 高精度加工取消了模具的研合、 修配。 現(xiàn)在數(shù)控編程人員已超過(guò)了 現(xiàn)場(chǎng)操作工人，數(shù)控編程的

30、工時(shí)費(fèi)用，超過(guò)了機(jī)床的加工工時(shí)費(fèi) 50% ，編程的周期超過(guò)了機(jī)加 工周期。 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展， 目前沒有降低模具成本， 但模具生產(chǎn)已從依賴人的技巧轉(zhuǎn)向數(shù) 控化的自動(dòng)、 半自動(dòng)化生產(chǎn)， 這種高精度和無(wú)人化加工， 使模具和產(chǎn)品件的質(zhì)量有了極大的提高， 生產(chǎn)周期大大縮短， 計(jì)算機(jī)技術(shù)使模具制造技術(shù)又達(dá)到了一個(gè)新的高度。 相比較就可以看出， 國(guó) 內(nèi)目前的計(jì)算機(jī)應(yīng)用還比較初級(jí)， 并不是我們的機(jī)床和軟件不行， 而是在應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)上有很 大的差距，即使是把豐田的技術(shù)全搬來(lái)，真正做到那種效果，也不是一件容易的事。2 消滅鉗工 原來(lái)我們認(rèn)為，模具這種單件生產(chǎn)、型面復(fù)雜的產(chǎn)品，離開手工是不可能的，而豐 田提

31、出要消滅鉗工。 消滅鉗工是一種目標(biāo)， 主要是指極大減少或完全避免修磨和調(diào)整鉗工 （裝配 鉗工還是要的） 。正如我們?cè)谇懊嫠榻B的，目前豐田的這一目標(biāo)已基本實(shí)現(xiàn)，除修磨拉延面和 拉延凸圓角外，推磨、修模和調(diào)配鉗修，已大部分屬于異常或禰補(bǔ)設(shè)計(jì)、制造的缺陷，不再是一 件必要的和正常的工作。我們舉個(gè)例子，拉延模型面的光潔度歷來(lái)是我們強(qiáng)調(diào)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)去為達(dá)到這一 點(diǎn)主要是靠鉗工推磨。 為減少或不推磨， 就要減少銑削刀痕余量， 有人主張采用垂直型面加工的 五軸銑床， 也有采用數(shù)控型面磨。 這些豐田也都采用過(guò)， 但實(shí)踐證明， 五軸機(jī)床成本高、 效率低， 編程十分困難，效果也十分不理想。最后，豐田采用高速、小移行的三軸銑削加工方式，得到高 精度型面，把圓角人工推磨，而其他型面干脆不修磨，模面帶刀痕拉延。結(jié)果證明，雖然模面談 不上光潔度（還帶刀痕呢） ，但即使是表面質(zhì)量要求很高的轎車外板件，除制件內(nèi)表面有一些拉 痕外，對(duì)有用的制件外表面沒有任何不良影響， 就是需