汽车工业近年来换型速度加快、市场多样化的需求增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。汽车传动系统、转向系统、车身零件、发动机等高端零部件在我国仍依赖进口，大型精密模具的制造能力不足。从汽车发动机缸体压铸到汽车白车身冲压件；从加快我国节能环保型汽车的研发到新材料超强钢板热压成形模，汽车轻量化新型材料成形模具及多工位级进模具均是推进汽车自主品牌发展的保障。为了减轻重量，铝合金等轻金属在汽车上的应用将会增多，与此相适应的模具也将发展。

“DMC2013中国国际模具技术和设备展览会”于2013年6月18日~21日在上海新国际博览中心举行。同期“汽车轻量化制造技术报告会”于6月17日下午举行，该论坛围绕“汽车冲压件(高强板)冲压模具设计”、“汽车用塑料及其成形(或加工)技术现状与发展”、“轻(铝)合金汽车零件成形技术与模具”以及“汽车轻量化制造中的模具材料问题”等多个主题展开。

材料替换带动汽车技术飞跃

机械科学研究总院陈长年部长分析了汽车轻量化制造技术现状与发展。他表示，全球汽车产业正处于材料革命的前夜。着眼于可持续发展，节能环保成为汽车工业亟待解决的两大问题，特别是大范围雾霾天气倒逼汽车产业大调整。调整目标集中在“新能源、新材料、先进发动机”三大方面。随着新能源汽车的举步维艰，材料转换的重要性日渐凸显。研究表明，约75%的油耗与整车质量有关，降低汽车质量，就可有效降低油耗以及排放。目前，大量研究表明，汽车质量每下降10%，油耗下降6%~8%，排放降低4%。而纯电动车整车质量与续驶里程密切相关，因此轻量化是汽车节能和环保，提高续驶里程最有效措施之一。

多种材料混合应用是汽车轻量化的发展方向。例如，GM的corvette Z06车，年产几千至几万辆，车前端采用铝/镁合金；车身结构采用先进高强度钢(AHSS)；车底板采用复合材料，甚至钛合金也已应用于此车型。

塑料复合材料在汽车行业应用广泛。统计显示，全世界平均每辆汽车的塑复材用料在2000年就已达105kg，约占汽车总重量的8%~12%，而发达国家汽车平均使用量为120kg，占汽车总重12%~20%。预计到2020年，发达国家汽车平均复材用量将达到500kg以上。我国电动汽车增重高达30%~40%，远远超过国际先进水平(德国大众汽车增重6%~16%)，复合材料电动汽车成为减重的最佳出路，可平衡增加的蓄电池重量。日本帝人、德国大众、意大利兰博基尼和美国GM都开发了复合材料电动汽车。

我国汽车轻量化现状有三点。第一，铝合金在汽车零部件应用发展比较成熟。发动机、传动机构等铝铸件比较发达；铝合金轮毂成为第一铝制汽车零部件，但是铝合金车身开发滞后，与国际差距巨大，正在成为国内2013年热点。第二，复合材料汽车发展。如，上世纪80年代后期北京中华汽车公司率先打造玻璃钢车身，现玻璃钢已广泛应用，但是玻璃钢的模量低，刚度不足，不能用于主承力结构；进入90年代末珠海公牛高性能复合材料有限公司研制了一个全玻璃钢轿车，并投入量产，还作了整车碰撞试验，据说防撞效果优于金属。第三，我国轻质材料汽车某些制造技术并不落后。如湖南大学“薄板冲压工艺与模具设计基础理论、计算方法和关键技术及其在车身制造中的应用”获国家科技进步一等奖。

但是，目前我国存在两大障碍：第一，缺乏汽车材料换代的总体规划。当前，全球汽车业正处于材料替换革命的前夜。轻质材料汽车属于新材料产业，又涉及节能和新能源汽车的发展。须采用“顶层设计，系统规划”原则。第二，缺乏材料、结构、工艺设计一体化科技项目申报渠道。由于体制性障碍，目前没有哪一个中央部门能够在国家重大科技项目中同时容纳材料涉及结构设计、工艺设计项目。造成各自为战，形不成总体目标。

青岛中科昊泰新材料科技有限公司杨有财研发工程师表示，汽车塑料化是现代汽车科技的发展方向，可以减轻汽车重量，降低能耗，节能减排。汽车内饰件主要采用聚酯/ABS塑料一次注塑成型，生物塑料和天然纤维增强塑料正在替代传统材料，在内饰件中应用。汽车外饰件的理想材料是弹性体增韧聚酯/聚碳酸酯合金，国外汽车散热格栅采用ABA注塑成型，国内一般采用ABS或其合金注塑；欧盟要求汽车保险杠采用吸能材料，如聚丙烯泡沫塑料等，国内目前以聚丙烯改性专用料为主。汽车车身正在采用玻纤增强树脂或碳纤维增强树脂，实现以塑代钢，大幅降低汽车重量。功能结构件也在全面实现塑料化，发动机组件主要采用玻纤或碳纤增强尼龙代替；玻璃采用表面硬化的PC代替；油箱要求几乎达到零渗透的高阻隔性，含有EVOH的多层共挤出中空吹塑油箱大量使用，纳米阻隔材料的新产品也在研发。为了实现汽车件塑料化和适应新材料加工，新的成型技术如3D挤吹异型管、在线配混玻纤复合材料的挤注一体成型等不断出现。3D打印机将改变传统的汽车塑料制品及其加工技术，加速新材料的研发设计进程、提高生产制造和相关模具制造的效率。

长纤增强热塑性材料(LFT)主要由玻璃纤维、碳纤维、有机纤维等与不同的热塑性塑料基体及各种助剂经特殊的设备和工艺进行复合而得。长玻纤增强反应注塑成型件兼具高刚性、高韧性和较低的比重，对降低车重、改善零件力学性能具有重要作用，因此在汽车内饰件中获得大量应用，特别适应了当前汽车轻量化、低能耗化的未来发展规划要求及可回收再利用的绿色环保标准。采用30%PP/LGF注塑成型的汽车前端支架，将散热器、冷凝器等前端部件整合成一个零件，不但降低了成本，还比常规材料制成的零件质量减轻了大约30%。奔驰、大众迈腾、捷达系列、韩国起亚、马自达等车型上采用了LFT-PP注塑集成制件。美国福特、日本马自达已经将30%长玻纤增强PP复合材料广泛应用于汽车前门模块部件。LFT在汽车其它部分的应用还有车底护板、后掀背门、备胎箱盖、蓄电池盒、进气歧管、散热器冷却风扇等。

冲压仿真提供可靠保证

美国ETA公司刘克素博士对“ETA/DYNAFORM在汽车轻量化方面的研究和应用”作了演讲。ETA/DYNAFORM是公司自主开发的软件，采用CAE技术进行冲压仿真数值模拟。主要功能有坯料及切变线技术，优化排样；模面设计；成型仿真，包括起皱、开裂、回弹等预测，并进行回弹补偿；模具结构仿真，废料滑落分析，主料分析等。

刘博士表示，未来几年内，为了减重和碰撞安全的需要，高强度钢板的应用会更加普及，高强度钢板模具设计制造面临着更大的挑战。应该更侧重于通过提高车身结构设计的合理性来达到同样的减重效果。过分依赖于增加钢板强度会导致冲压件形状精度无法保证，模具制造和使用成本大大增加。

考虑到高强度钢板的较差成型性和回弹问题，高强度钢板设计时应该紧密结合其工艺方案设计，前期的同步工程非常有必要。1)产品应尽量压弯或者翻边成型，需要拉伸成型时产品避免设计成盒装，两端尽量采用开口拉延。拉伸成型出来的圆角应尽量大。2)产品设计时应考虑翻边或者凸缘回弹角度的处理，一般高强度钢板预留的回弹角度为6°，弯曲圆角设计尽量小以减小弯曲回弹。3)侧壁或凸缘设计加强筋以减少回弹，断面变化较大处应考虑设计局部特征吸皱。4)产品长度的增加会显着增加产品扭曲的风险且难以控制。5)过多复杂的特征会显着地增加拉延模的成型力，要求高吨位的机床。6)根据不同产品功能要求和可制造型选择不同类型的材料。

热成型高强度钢板可用于汽车前后保险杠，A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底通道框架、仪表台支架、以及车门内板、车门防撞梁等构件的制造。2012年中国汽车产销突破1900万辆，预计2015年热成型零部件产值超过500亿，从2015年到2020年累计可节油417亿元以上，考虑从钢板企业，到零部件，再到汽车企业等整个产业链条，热成型技术的产值将超过1000亿。欧系车、美系车普遍使用，日系车在车门防撞杆(管)上普遍使用且有推广，由于国内车型侧撞性能普遍欠佳，所以对使用热成型零件普遍感兴趣。

高效、智能化铸造模具技术

一汽铸造有限公司铸造模具设备厂孙伟先生表示，铸造铝合金在汽车上的使用量最多，主要应用于发动机、变速器、悬架系统和车身等部件。一般情况下，发动机约占整车重的18%，发动机的轻量化是整车轻量化的重要组成部分。目前，轿车发动机部件中不仅活塞、散热器、气缸盖等部件采用铝合金材料，而且缸体、机油盘甚至气缸套和连杆也开始采用铝合金材料。

铸造模具是铸造生产中最重要的工艺装备之一，对铸件的质量影响很大。铸造模具技术的提高将对提高铸件质量、发展新型铸件，提高近净加工水平有重要意义。铸造模具每年以超过25%以上的速度快速增长，铸造模具技术有了很大的进步，但是以轿车铝合金发动机缸体、变速器壳体等为代表的大型、复杂压铸模具主要依赖进口；在轿车车身结构件、底盘结构件等轻量化铸造模具方面，目前还是空白。在节能减排的背景下，黑色金属重力铸造模具增量将放缓，而铝镁合金压铸模具、低压铸造模具和挤压铸造模具将大幅度增长。轻合金铸造模具技术发展趋势预测有：高效、智能化铸造模具技术；CAD/CAM/CAE/CAPP一体化技术；高速精密数值化加工和检测技术；快速制模、快速成型以及逆向工程技术；高效、高寿命模具技术。

铝合金制造是实现汽车轻量化的重要措施，并将随着铸造技术的发展，得到越来越广泛的应用。高压铸造(压铸)、低压铸造、重力铸造、挤压铸造等是轻合金的主要铸造方式，铸造技术的发展推动铸造模具技术的进步。铝合金铸造模具正朝着智能化方向发展。