摘要：文章闡明了汽車車身模具開發的技術戰略規劃，論述了車身模具開發所必需的一系列關鍵的共性技術及其攻關路線，論證了車身模具技術決定汽車開發成本和周期，模具企業的技術戰略決定企業的技術水平和競爭能力。
關鍵詞：汽車車身模具；共性技術；CAE；技術戰略；工藝補償
中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374(2011)07-0009-04
一、概述
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產品質量、成本和新產品的開發能力的重要性。而模具製造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具製造技術現已成為衡量一個國家製造業水平高低的重要標誌，並在很大程度上決定企業的生存空間。
汽車車身模具是汽車製造業必不可缺少的部分，是整個汽車改換型中最關鍵的部分，其技術水平和生產效率直接關係到汽車產品的製造水平、製造質量、製造周期和更新換代能力，其製造過程占用汽車開發周期大部分時間。如何快速、低成本、高質量地開發車身模具，取決於該領域一系列關鍵的共性技術。車身模具開發製造的共性技術存在多個方面，其主要關鍵共性技術包括：
(1)車身零件基準的合理確定和相互精確匹配協調；
(2)車身零件衝壓工藝合理制定及缺陷預測優化；
(3)車身模具結構設計的先進方法及虛擬動態模擬，產前合理優化；
(4)車身衝壓件成型回彈控制及精確補償方法；
(5)車身模具工藝建模的工藝補償性(干涉補償)技術；
(6)車身衝壓件修邊線快速確定技術；
(5)特徵標準工藝和標準工時的建立及CAPPT藝編制系統；
(6)虛擬真實環境的模具加工和調試仿真；
(7)柔性數控生產的建立，協同、多軸、高效加工的綜合應用；
(8)車身模具誤差分析理論的應用，技術過程閉環系統的建立；
(9)模具衝壓件與焊接夾具之間的協調技術。
研究汽車車身模具開發的技術戰略決定著汽車發展的方向和質量，決定了汽車模具企業的競爭能力和市場地位，同時也將引導和推動模具行業的科技進步。
二、國內外模具技術現狀
(一) 國外發展現狀
歐美車身模具的生產技術水平，在國際上是一流的。模具設計製造關鍵共性技術已廣泛應用，成為快速製造車身工藝裝備、促進汽車業快速發展的有力保證。具體表現在：
CAD／cAE／cAM已成為工藝裝備企業普遍應用的技術。在CAD的應用方面，已經超越了甩圖板二維繪圖的初級階段，3D設計已達到了70％～89％。PRO／E、uG、CIMATRON等軟體已應用很普遍。他們應用這些軟體不僅可完成2D設計，同時可獲得3D模型，為Nc編程和CAD／cAM的集成提供了保證。在設計時進行裝配干涉的檢查，保證設計和工藝的合理性。柔性數控加工方式的普遍應用，保證了工藝裝備零件的加工精度和質量。30～50人的模具企業，一般擁有數控工具機十多台。經過數控工具機加工的零件可直接進行裝配，使裝配鉗工的人數大大減少。CAE技術已經逐漸成熟，體現在模擬金屬變形過程，分析應力應變的分布，預測破裂、起皺和回彈等缺陷，自動確定修邊線等等。義大利COMAU公司應用CAE技術後，試模時間減少了50％以上，奔馳在採用仿真之前每套模具大約需試模3到4次，現在則l到2次就完成預期目標，豐田汽車公司在引入仿真系統以後，減少了模具設計和製造過程中46％的試驗和修改工作。
(二) 國內發展現狀
我國的車身模具工業雖然起步較晚，但通過近20年來的技術改造、技術引進和創辦「三資」企業等，生產能力和技術水平有了很大的提高，模具工業一直以15％左右的增長速度快速發展，模具企業的所有製成分也發生了巨大變化，除了國有專業模具廠外，集體、合資、獨資和私營得到了快速發展。目前全國模具廠家有3萬餘家，而中外合資和外商獨資的模具企業已達幾千家。許多模具企業加大了用於技術進步的投資力度，將技術進步視為企業發展的重要動力。浙江寧波和黃岩地區形成「模具之鄉」；科龍、美的、康佳等集團建立了自己的模具製造中心；各大汽車集團也在積極籌建較大的汽車車身模具生產基地。除一汽、二汽、天汽、成飛、哈飛等實力強大的模具廠外，安徽奇瑞汽車、上汽集團、北汽集團、躍進汽車集團都在全力擴建自己的模具中心；五糧液酒廠投入8億人民幣巨資創建具有相當規模的模具製造廠，北京比亞迪投入2.5億元人民幣增加設備。河北泊頭眾多模具廠揭竿而起，發展極其迅速，數控設備總數可達100餘台。這些企業都成為本集團或本地區的主要經濟創收單位。
國內的CAD／CAE／cAM技術近幾年發展迅速。國內模具企業目前已普及了二維CAD，並陸續開始使用UG、Pro／Engineer、Catia、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟體，一些許多廠家還引進了Moldflow、autoform、DYNAFORM、pam stamp和MAGMASOFT等CAE軟體，成功應用於衝壓模的設計中。
以汽車車身模具為代表的大中型衝壓模具的製造技術已取得很大進步，天津汽車模具公司、東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產大部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校也在開展模具技術的研究開發，經過多年的努力，在模具CAD／CAE／CAM技術方面取得了顯著進步；部分專家系統已被應用於產品開發與設計的各個階段，並且在產品的生產與製造過程中，在提高模具質量和縮短模具周期等方面做出了貢獻。
例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所研製的汽車覆蓋件衝壓成型分析KMAS軟體，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發的汽車覆蓋件模具和級進模CAD／cAE／CAM軟體及Fastamp分析軟體，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發的冷沖模CAD軟體等在國內模具行業已擁有不少的用戶。中科院軟體工程研製中心近期又開發出新一代沖模CAD系統――PICAD，還有北航的PANDA系統，清華的GEMS系統，浙大的MESSAGE系統，等等。同時各大模具公司還在致力於模具模板化設計的研發和應用。
雖然中國模具工業在過去二十多年中取得了令人矚目的發展，但許多方面與工業已開發國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD／cAE／cAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛，諸如模具結構通用化和模具零件標準化、特徵技術的應用、參數化造型方法、模具CAD的智能化、模具CAD的專業化，都還缺乏開發和應用的深度。致使相當一部分大型、精密、複雜和長壽命模具依賴進口。
汽車工業的發展水平是一個國家經濟和科技實力的象徵。在新車型的研究開發到投產整個周期中，模具設計與調試所用時間最長，汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具，技術密集，體現當代模具技術水平，是車身製造技術 的重要組成部分。車身模具設計和製造約占汽車開發周期三分之二的時間，成為汽車換型的主要制約因素。汽車工業發展的關鍵之一是車身，車身製造的關鍵在模具，而作為汽車和模具工業發展的一種高科技技術，CAD／CAE／CAM集成系統已成為國內外汽車公司產品制勝的法寶。
三、車身模具開發的技術戰略
面對激烈的市場競爭形勢，國外各大汽車公司或模具公司都有自己的技術戰略。克萊斯勒公司在先前選擇了法國Dassault Sys2ftem公司開發由IBM公司銷售CATIA的軟體，作為設計開發新車型的基本CADI具，後來又購買了Parameltc Technology公司的Pro／Engineer系統作為補充，在工廠布置設計方面，使用AutoCAD及integraph的軟體，在CAM方面，克萊斯勒使用CATIA以及Dassault開發的數字製造過程系統(DMAPS)程序。美國通用公司的模具CAD／cAM系統包括CSG系統，GMFORM系統，TRACS系統，PACS系統。其CSG(Coporate GraphicsSystem)系統專用於模具型面設計，包括衝壓方向分析及工藝補充部分。美國通用公司在應用該系統後，模具的設計製造周期大大縮短了。此外，其它的汽車公司也都開發應用了CAD／cAM系統，如馬自達公司，富士重工業公司、AU2TODIE公司和富士鐵工所等都採用了模具CAD／CAM，以增加市場競爭力。
同時，國外大汽車公司為了降低模具開發、製造成本，縮短生產周期，將除轎車外覆蓋件之外的大部分轎車衝壓件的模具都交由專業模具公司(女ffFontana Pietro、Kuka、Laepple、SchulerTechniaca等)設計和製造，Cartee、Ogi hala、、Fuji這些公司都有很強的開發能力，並在某些零件的模具製造方面擁有獨到的優勢。但作為整車廠，考慮到新車型開發過程中的保密，對諸如翼子板、行李箱蓋、車門、側圍、車頂、前蓋等敏感零部件的模具，則都由自己的模具製造部門來設計和製造。
(一) 建立軟體環境
車身模具設計，目前最方便且最易於被汽車廠接受的，能夠確保曲面質量的高端軟體當屬UG、CADIA。除了必要的CAD軟體之外，還必須應用有限元模擬軟體，如AutoForm、PanmStamp、DynaForm、Indeed等，來輔助衝壓工藝設計。從使用的方便性，快速性、易學性來看，應優先選用AutoForm，但為了使分析精確化，最策略的是將AutoForm、PamStamp、DynaForm復合應用，實現優勢互補。
現以AutoForm為例，說明如何利用CAE軟體來設計拉深工序工藝補充面。AutoForm是一款由瑞士開發的專業薄板成形快速模擬軟體，可以用於薄板、拼焊板的衝壓成形、液壓脹形等過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進行衝壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補充面(Addendum)的設計。轎車衝壓件中，約有2／3可以利用AutoForm的Diedesigner Module模塊設計Addendum，該模塊根據由設計者指定的或由軟體自動產生的壓邊圈型面，以及工藝補充面的多條截面線(Profile)，能夠快速地生成工藝補充面，用於拉深工序的模擬。壓邊圈型面、Profile均可行參數化式的調整。這種快速設計是建立在對Addendum曲面的粗略構造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之間的連續並非十分光順，儘管這種曲面不能夠直接用於模具表面的機械加工，但是對於模擬精度的影響卻不是很大。根據模擬結果，設計者可以很方便地對工藝補充面進行調整，直到模擬結果滿足設計要求。最後，將壓邊圈、Addendum曲面和Profile(以中性數據格式IGS或VDA輸出，在CAD軟體中進行曲面重構)並結合產品數模，就能夠得到機加工可以使用的拉深工序模具數模。
衝壓工藝傳統設計方法：首先，在經驗基礎上，利用CAD設計工藝補充面；其次，將CAD數模傳遞給AutoForm等CAE軟體進行拉深過程模擬；根據模擬結果，在CAD中對工藝補充面進行調整，並將新的CAD數模傳遞給CAE，開始新的模擬，直到滿足要求為止。這是一個從CAD到CAE再回到CAD的不斷反覆的過程。由於每次在CAD中構造曲面都遠較在AutoForm中複雜，因此，整個過程所花費的時間就多得多。而新方法在衝壓工藝設計初期，就用Diedesigner Module在AutoForm軟體中設計並調整拉深工藝補充面，與傳統的設計方法相比，就能夠大大提高設計效率。
由於AutoForm是一款快速模擬軟體，為了在較短的時間內對複雜衝壓件的成形過程進行評價，採用了膜單元來離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此，有些汽車公司在模具設計開始之前還要利用模擬精度高的CAE軟體，如德國大眾就採用了Indeed軟體，對拉深工序進行再次模擬(Indeed軟體的計算是基於帶厚度的殼單元的，能夠得到更為準確的計算結果，但是其計算所花費的時間通常是AutoForm的幾到十幾倍，該軟體比較適用於最終驗證)，所有拉深工藝必須通過Indeed模擬並驗證為是可行的，才可用於模具設計。
(二) 建立可行的技術路線
圍繞車身模具開發製造的關鍵共性技術建立可行技術路線。
(1)研究關鍵車身覆蓋件的衝壓成形技術，制定分類零件的典型工藝；通過衝壓資料庫保存仿真結果和模具調試結果；
(2)研究合理控制材料在變形過程中的流動，衝壓件不出現過度變薄和起皺等缺陷的方法；
(3)解決衝壓過程中不同工序間的協調變形問題；
(4)開發和應用模板化模具設計方法；
(5)研究實現工藝成型的回彈補償、干涉補償(產品母模自動驅動生成非均勻間隙的凸凹模工藝模型)，通過分析軟體和建模軟體的綜合運用，提高回彈補償精度；
(6)通過先進的CAE軟體功能開發，實現修邊線自動計算生成；
(7)實現虛擬模具動態干涉檢查功能；
(8)建立特徵標準工藝和標準工時計算公式，優化後建立CAPP自動編制系統；
(9)研究虛擬真實環境的模具加工和調試仿真；
(10)建立柔性數控生產線，實現協同、多軸、高效加工；
(11)車身模具衝壓件與焊接夾具之間的協調方法；
(12)車身模具誤差分析理論的應用，技術過程閉環系統的建立。
(三) 設立重點項目，實施技術攻關
需設立關鍵技術節點，實施重點技術攻關。
(1)開發和應用模板化模具設計方法。「模板化」模具設計就是以目前的三維設計軟體平台為開發平台，進行參數化的聯動設計，同時對共性的設計要素進行提煉、篩選、優化、儲存入庫等。進行模具結構設計時，按照模具的類別調用相應的「模板」，對應各種參數變量輸入諸如壓機參數、工藝數模、標準化參數(零件標 准選擇)、技術要求、模具閉合高度、送料高度以及一系列的結構設計參數，由「模具模板」後台處理自動生成模具結構方案。
(2)研究實現工藝成型的回彈補償。
應用PAM STAMP和AUTOFORM等CAE分析軟體，實現衝壓回彈的自動定量計算；
研究工藝成型干涉補償(產品母模自動驅動生成非均勻間隙的凸凹模工藝模型)，提取補償量值，並與自動計算量值實現疊加；
通過PAM STAMP功能開發，將理論計算和個性經驗相融合，實現智能回彈工藝補償；並實現補償數模化；
通過實際加工調試，提取初步補償的誤差量值，通過TEBIS軟體植入補償工藝數模，進行個性化干預優化，最終實現回彈工藝補償的精確化。
(3)通過先進的CAE軟體功能開發，實現修邊線自動計算生成；通過PAM STAMP、DYNAFORM和AUTOFORM的綜合應用，實現修邊線自動計算生成。
(4)研究虛擬真實環境的模具加工和調試仿真。
(5)建立一條柔性數控生產線，實現協同、多軸、高效加工。
(6)採用新結構，降低成本。目前，新車型的很多外覆蓋件，如翼子板、前蓋外板、頂蓋等的翻邊整形工序中，可採用了一種「旋轉斜楔」的新工藝。其工作原理是：旋轉斜楔上的凹槽部分是衝壓件需整形的區域，當整形過程完成後，氣缸驅動的托架推動旋轉斜楔繞滾筒轉動，從而達到對零件讓位的目的，方便整形後的零件從模具上取出。旋轉斜楔的優點是：因整形部分與衝壓件托料部分的拼接處非常光順，故零件上無明顯壓痕；模具結構簡單；維修保養簡便且費用低。
四、車身模具技術的發展趨勢
當今世界各國都將汽車工業作為國民經濟的支柱產業之一，競爭日趨激烈。衡量汽車工業發展水平的重要標誌是車型的自主開發與設計能力。國家要求在2010年，汽車特別是轎車工業具有車型及模具的自我設計和開發能力，真正建立起自主發展的中國汽車工業。到2010年汽車工業要形成500～600萬輛的生產能力，其中轎車占70％。據此，各地政府也在大力支持和督促本地的汽車工業進行戰略性規劃，例如，瀋陽華晨金杯戰略規劃是2009年33萬輛，至2012年達97萬輛。可見，在今後的10～15年期間將是我國汽車工業大發展時期，這就對我國汽車製造技術提出了更高的要求。
隨著共性技術在模具開發中的不斷應用，需要進行分析、優化的情況也越來越複雜，對關鍵共性技術的能力也提出了越來越高的要求。為了適應其發展，需要相關技術不斷提高分析能力和準確性並具有優化能力，同時實現CAD／CAE／CAM技術的有效集成，使設計、分析、製造一體化。例如作為關鍵共性技術之一的分析仿真，目前主要採用模擬試模來代替實際的模具調試過程，但不能作為自動優化工具。未來，隨著科技的進步、模具從業人員素質的提高，藉助數學上敏感度分析實現多參數優化的方法，對板材成形進行優化分析，可以自動得到最佳的板材形狀、壓邊力、拉伸筋位置和回彈補償等技術參數，從而提高工藝、製造的預測和優化水平。因此，伴隨汽車工業的發展，車身模具的技術和質量要求越來越高，上述的一系列關鍵共性技術經過科學的戰略謀劃必將逐步深化和進行新的突破，真正實現科學化、自動化和準確化。
五、結語
本文結合多年的工作實踐，闡述了車身模具對汽車工業發展的重要性，從國內外專業技術的發展對比指明了目前車身模具行業所必需的關鍵共性技術。一個模具企業必須跟上國內外技術發展勢頭，建立適合自己特點的技術路線，制定出具有前瞻性且符合實際的技術戰略規劃，模具技術決定汽車開發成本和周期，模具企業的技術戰略決定企業的技術水平和生存空間。
關鍵詞：汽車車身模具；共性技術；CAE；技術戰略；工藝補償
中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374(2011)07-0009-04
一、概述
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產品質量、成本和新產品的開發能力的重要性。而模具製造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具製造技術現已成為衡量一個國家製造業水平高低的重要標誌，並在很大程度上決定企業的生存空間。
汽車車身模具是汽車製造業必不可缺少的部分，是整個汽車改換型中最關鍵的部分，其技術水平和生產效率直接關係到汽車產品的製造水平、製造質量、製造周期和更新換代能力，其製造過程占用汽車開發周期大部分時間。如何快速、低成本、高質量地開發車身模具，取決於該領域一系列關鍵的共性技術。車身模具開發製造的共性技術存在多個方面，其主要關鍵共性技術包括：
(1)車身零件基準的合理確定和相互精確匹配協調；
(2)車身零件衝壓工藝合理制定及缺陷預測優化；
(3)車身模具結構設計的先進方法及虛擬動態模擬，產前合理優化；
(4)車身衝壓件成型回彈控制及精確補償方法；
(5)車身模具工藝建模的工藝補償性(干涉補償)技術；
(6)車身衝壓件修邊線快速確定技術；
(5)特徵標準工藝和標準工時的建立及CAPPT藝編制系統；
(6)虛擬真實環境的模具加工和調試仿真；
(7)柔性數控生產的建立，協同、多軸、高效加工的綜合應用；
(8)車身模具誤差分析理論的應用，技術過程閉環系統的建立；
(9)模具衝壓件與焊接夾具之間的協調技術。
研究汽車車身模具開發的技術戰略決定著汽車發展的方向和質量，決定了汽車模具企業的競爭能力和市場地位，同時也將引導和推動模具行業的科技進步。
二、國內外模具技術現狀
(一) 國外發展現狀
歐美車身模具的生產技術水平，在國際上是一流的。模具設計製造關鍵共性技術已廣泛應用，成為快速製造車身工藝裝備、促進汽車業快速發展的有力保證。具體表現在：
CAD／cAE／cAM已成為工藝裝備企業普遍應用的技術。在CAD的應用方面，已經超越了甩圖板二維繪圖的初級階段，3D設計已達到了70％～89％。PRO／E、uG、CIMATRON等軟體已應用很普遍。他們應用這些軟體不僅可完成2D設計，同時可獲得3D模型，為Nc編程和CAD／cAM的集成提供了保證。在設計時進行裝配干涉的檢查，保證設計和工藝的合理性。柔性數控加工方式的普遍應用，保證了工藝裝備零件的加工精度和質量。30～50人的模具企業，一般擁有數控工具機十多台。經過數控工具機加工的零件可直接進行裝配，使裝配鉗工的人數大大減少。CAE技術已經逐漸成熟，體現在模擬金屬變形過程，分析應力應變的分布，預測破裂、起皺和回彈等缺陷，自動確定修邊線等等。義大利COMAU公司應用CAE技術後，試模時間減少了50％以上，奔馳在採用仿真之前每套模具大約需試模3到4次，現在則l到2次就完成預期目標，豐田汽車公司在引入仿真系統以後，減少了模具設計和製造過程中46％的試驗和修改工作。
(二) 國內發展現狀
我國的車身模具工業雖然起步較晚，但通過近20年來的技術改造、技術引進和創辦「三資」企業等，生產能力和技術水平有了很大的提高，模具工業一直以15％左右的增長速度快速發展，模具企業的所有製成分也發生了巨大變化，除了國有專業模具廠外，集體、合資、獨資和私營得到了快速發展。目前全國模具廠家有3萬餘家，而中外合資和外商獨資的模具企業已達幾千家。許多模具企業加大了用於技術進步的投資力度，將技術進步視為企業發展的重要動力。浙江寧波和黃岩地區形成「模具之鄉」；科龍、美的、康佳等集團建立了自己的模具製造中心；各大汽車集團也在積極籌建較大的汽車車身模具生產基地。除一汽、二汽、天汽、成飛、哈飛等實力強大的模具廠外，安徽奇瑞汽車、上汽集團、北汽集團、躍進汽車集團都在全力擴建自己的模具中心；五糧液酒廠投入8億人民幣巨資創建具有相當規模的模具製造廠，北京比亞迪投入2.5億元人民幣增加設備。河北泊頭眾多模具廠揭竿而起，發展極其迅速，數控設備總數可達100餘台。這些企業都成為本集團或本地區的主要經濟創收單位。
國內的CAD／CAE／cAM技術近幾年發展迅速。國內模具企業目前已普及了二維CAD，並陸續開始使用UG、Pro／Engineer、Catia、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟體，一些許多廠家還引進了Moldflow、autoform、DYNAFORM、pam stamp和MAGMASOFT等CAE軟體，成功應用於衝壓模的設計中。
以汽車車身模具為代表的大中型衝壓模具的製造技術已取得很大進步，天津汽車模具公司、東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產大部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校也在開展模具技術的研究開發，經過多年的努力，在模具CAD／CAE／CAM技術方面取得了顯著進步；部分專家系統已被應用於產品開發與設計的各個階段，並且在產品的生產與製造過程中，在提高模具質量和縮短模具周期等方面做出了貢獻。
例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所研製的汽車覆蓋件衝壓成型分析KMAS軟體，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發的汽車覆蓋件模具和級進模CAD／cAE／CAM軟體及Fastamp分析軟體，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發的冷沖模CAD軟體等在國內模具行業已擁有不少的用戶。中科院軟體工程研製中心近期又開發出新一代沖模CAD系統――PICAD，還有北航的PANDA系統，清華的GEMS系統，浙大的MESSAGE系統，等等。同時各大模具公司還在致力於模具模板化設計的研發和應用。
雖然中國模具工業在過去二十多年中取得了令人矚目的發展，但許多方面與工業已開發國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD／cAE／cAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛，諸如模具結構通用化和模具零件標準化、特徵技術的應用、參數化造型方法、模具CAD的智能化、模具CAD的專業化，都還缺乏開發和應用的深度。致使相當一部分大型、精密、複雜和長壽命模具依賴進口。
汽車工業的發展水平是一個國家經濟和科技實力的象徵。在新車型的研究開發到投產整個周期中，模具設計與調試所用時間最長，汽車車身模具特別是大中型覆蓋件模具，技術密集，體現當代模具技術水平，是車身製造技術 的重要組成部分。車身模具設計和製造約占汽車開發周期三分之二的時間，成為汽車換型的主要制約因素。汽車工業發展的關鍵之一是車身，車身製造的關鍵在模具，而作為汽車和模具工業發展的一種高科技技術，CAD／CAE／CAM集成系統已成為國內外汽車公司產品制勝的法寶。
三、車身模具開發的技術戰略
面對激烈的市場競爭形勢，國外各大汽車公司或模具公司都有自己的技術戰略。克萊斯勒公司在先前選擇了法國Dassault Sys2ftem公司開發由IBM公司銷售CATIA的軟體，作為設計開發新車型的基本CADI具，後來又購買了Parameltc Technology公司的Pro／Engineer系統作為補充，在工廠布置設計方面，使用AutoCAD及integraph的軟體，在CAM方面，克萊斯勒使用CATIA以及Dassault開發的數字製造過程系統(DMAPS)程序。美國通用公司的模具CAD／cAM系統包括CSG系統，GMFORM系統，TRACS系統，PACS系統。其CSG(Coporate GraphicsSystem)系統專用於模具型面設計，包括衝壓方向分析及工藝補充部分。美國通用公司在應用該系統後，模具的設計製造周期大大縮短了。此外，其它的汽車公司也都開發應用了CAD／cAM系統，如馬自達公司，富士重工業公司、AU2TODIE公司和富士鐵工所等都採用了模具CAD／CAM，以增加市場競爭力。
同時，國外大汽車公司為了降低模具開發、製造成本，縮短生產周期，將除轎車外覆蓋件之外的大部分轎車衝壓件的模具都交由專業模具公司(女ffFontana Pietro、Kuka、Laepple、SchulerTechniaca等)設計和製造，Cartee、Ogi hala、、Fuji這些公司都有很強的開發能力，並在某些零件的模具製造方面擁有獨到的優勢。但作為整車廠，考慮到新車型開發過程中的保密，對諸如翼子板、行李箱蓋、車門、側圍、車頂、前蓋等敏感零部件的模具，則都由自己的模具製造部門來設計和製造。
(一) 建立軟體環境
車身模具設計，目前最方便且最易於被汽車廠接受的，能夠確保曲面質量的高端軟體當屬UG、CADIA。除了必要的CAD軟體之外，還必須應用有限元模擬軟體，如AutoForm、PanmStamp、DynaForm、Indeed等，來輔助衝壓工藝設計。從使用的方便性，快速性、易學性來看，應優先選用AutoForm，但為了使分析精確化，最策略的是將AutoForm、PamStamp、DynaForm復合應用，實現優勢互補。
現以AutoForm為例，說明如何利用CAE軟體來設計拉深工序工藝補充面。AutoForm是一款由瑞士開發的專業薄板成形快速模擬軟體，可以用於薄板、拼焊板的衝壓成形、液壓脹形等過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進行衝壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補充面(Addendum)的設計。轎車衝壓件中，約有2／3可以利用AutoForm的Diedesigner Module模塊設計Addendum，該模塊根據由設計者指定的或由軟體自動產生的壓邊圈型面，以及工藝補充面的多條截面線(Profile)，能夠快速地生成工藝補充面，用於拉深工序的模擬。壓邊圈型面、Profile均可行參數化式的調整。這種快速設計是建立在對Addendum曲面的粗略構造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之間的連續並非十分光順，儘管這種曲面不能夠直接用於模具表面的機械加工，但是對於模擬精度的影響卻不是很大。根據模擬結果，設計者可以很方便地對工藝補充面進行調整，直到模擬結果滿足設計要求。最後，將壓邊圈、Addendum曲面和Profile(以中性數據格式IGS或VDA輸出，在CAD軟體中進行曲面重構)並結合產品數模，就能夠得到機加工可以使用的拉深工序模具數模。
衝壓工藝傳統設計方法：首先，在經驗基礎上，利用CAD設計工藝補充面；其次，將CAD數模傳遞給AutoForm等CAE軟體進行拉深過程模擬；根據模擬結果，在CAD中對工藝補充面進行調整，並將新的CAD數模傳遞給CAE，開始新的模擬，直到滿足要求為止。這是一個從CAD到CAE再回到CAD的不斷反覆的過程。由於每次在CAD中構造曲面都遠較在AutoForm中複雜，因此，整個過程所花費的時間就多得多。而新方法在衝壓工藝設計初期，就用Diedesigner Module在AutoForm軟體中設計並調整拉深工藝補充面，與傳統的設計方法相比，就能夠大大提高設計效率。
由於AutoForm是一款快速模擬軟體，為了在較短的時間內對複雜衝壓件的成形過程進行評價，採用了膜單元來離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此，有些汽車公司在模具設計開始之前還要利用模擬精度高的CAE軟體，如德國大眾就採用了Indeed軟體，對拉深工序進行再次模擬(Indeed軟體的計算是基於帶厚度的殼單元的，能夠得到更為準確的計算結果，但是其計算所花費的時間通常是AutoForm的幾到十幾倍，該軟體比較適用於最終驗證)，所有拉深工藝必須通過Indeed模擬並驗證為是可行的，才可用於模具設計。
(二) 建立可行的技術路線
圍繞車身模具開發製造的關鍵共性技術建立可行技術路線。
(1)研究關鍵車身覆蓋件的衝壓成形技術，制定分類零件的典型工藝；通過衝壓資料庫保存仿真結果和模具調試結果；
(2)研究合理控制材料在變形過程中的流動，衝壓件不出現過度變薄和起皺等缺陷的方法；
(3)解決衝壓過程中不同工序間的協調變形問題；
(4)開發和應用模板化模具設計方法；
(5)研究實現工藝成型的回彈補償、干涉補償(產品母模自動驅動生成非均勻間隙的凸凹模工藝模型)，通過分析軟體和建模軟體的綜合運用，提高回彈補償精度；
(6)通過先進的CAE軟體功能開發，實現修邊線自動計算生成；
(7)實現虛擬模具動態干涉檢查功能；
(8)建立特徵標準工藝和標準工時計算公式，優化後建立CAPP自動編制系統；
(9)研究虛擬真實環境的模具加工和調試仿真；
(10)建立柔性數控生產線，實現協同、多軸、高效加工；
(11)車身模具衝壓件與焊接夾具之間的協調方法；
(12)車身模具誤差分析理論的應用，技術過程閉環系統的建立。
(三) 設立重點項目，實施技術攻關
需設立關鍵技術節點，實施重點技術攻關。
(1)開發和應用模板化模具設計方法。「模板化」模具設計就是以目前的三維設計軟體平台為開發平台，進行參數化的聯動設計，同時對共性的設計要素進行提煉、篩選、優化、儲存入庫等。進行模具結構設計時，按照模具的類別調用相應的「模板」，對應各種參數變量輸入諸如壓機參數、工藝數模、標準化參數(零件標 准選擇)、技術要求、模具閉合高度、送料高度以及一系列的結構設計參數，由「模具模板」後台處理自動生成模具結構方案。
(2)研究實現工藝成型的回彈補償。
應用PAM STAMP和AUTOFORM等CAE分析軟體，實現衝壓回彈的自動定量計算；
研究工藝成型干涉補償(產品母模自動驅動生成非均勻間隙的凸凹模工藝模型)，提取補償量值，並與自動計算量值實現疊加；
通過PAM STAMP功能開發，將理論計算和個性經驗相融合，實現智能回彈工藝補償；並實現補償數模化；
通過實際加工調試，提取初步補償的誤差量值，通過TEBIS軟體植入補償工藝數模，進行個性化干預優化，最終實現回彈工藝補償的精確化。
(3)通過先進的CAE軟體功能開發，實現修邊線自動計算生成；通過PAM STAMP、DYNAFORM和AUTOFORM的綜合應用，實現修邊線自動計算生成。
(4)研究虛擬真實環境的模具加工和調試仿真。
(5)建立一條柔性數控生產線，實現協同、多軸、高效加工。
(6)採用新結構，降低成本。目前，新車型的很多外覆蓋件，如翼子板、前蓋外板、頂蓋等的翻邊整形工序中，可採用了一種「旋轉斜楔」的新工藝。其工作原理是：旋轉斜楔上的凹槽部分是衝壓件需整形的區域，當整形過程完成後，氣缸驅動的托架推動旋轉斜楔繞滾筒轉動，從而達到對零件讓位的目的，方便整形後的零件從模具上取出。旋轉斜楔的優點是：因整形部分與衝壓件托料部分的拼接處非常光順，故零件上無明顯壓痕；模具結構簡單；維修保養簡便且費用低。
四、車身模具技術的發展趨勢
當今世界各國都將汽車工業作為國民經濟的支柱產業之一，競爭日趨激烈。衡量汽車工業發展水平的重要標誌是車型的自主開發與設計能力。國家要求在2010年，汽車特別是轎車工業具有車型及模具的自我設計和開發能力，真正建立起自主發展的中國汽車工業。到2010年汽車工業要形成500～600萬輛的生產能力，其中轎車占70％。據此，各地政府也在大力支持和督促本地的汽車工業進行戰略性規劃，例如，瀋陽華晨金杯戰略規劃是2009年33萬輛，至2012年達97萬輛。可見，在今後的10～15年期間將是我國汽車工業大發展時期，這就對我國汽車製造技術提出了更高的要求。
隨著共性技術在模具開發中的不斷應用，需要進行分析、優化的情況也越來越複雜，對關鍵共性技術的能力也提出了越來越高的要求。為了適應其發展，需要相關技術不斷提高分析能力和準確性並具有優化能力，同時實現CAD／CAE／CAM技術的有效集成，使設計、分析、製造一體化。例如作為關鍵共性技術之一的分析仿真，目前主要採用模擬試模來代替實際的模具調試過程，但不能作為自動優化工具。未來，隨著科技的進步、模具從業人員素質的提高，藉助數學上敏感度分析實現多參數優化的方法，對板材成形進行優化分析，可以自動得到最佳的板材形狀、壓邊力、拉伸筋位置和回彈補償等技術參數，從而提高工藝、製造的預測和優化水平。因此，伴隨汽車工業的發展，車身模具的技術和質量要求越來越高，上述的一系列關鍵共性技術經過科學的戰略謀劃必將逐步深化和進行新的突破，真正實現科學化、自動化和準確化。
五、結語
本文結合多年的工作實踐，闡述了車身模具對汽車工業發展的重要性，從國內外專業技術的發展對比指明了目前車身模具行業所必需的關鍵共性技術。一個模具企業必須跟上國內外技術發展勢頭，建立適合自己特點的技術路線，制定出具有前瞻性且符合實際的技術戰略規劃，模具技術決定汽車開發成本和周期，模具企業的技術戰略決定企業的技術水平和生存空間。
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