國內汽車企業沖壓發展現狀及沖壓資源規劃

文/謝文才，張文波，徐明琦，張鳳君，李敬梓·一汽解放汽車有限公司

冷沖壓即通過安裝在壓力機上的模具對板料施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得一定尺寸、形狀和性能的零件加工方法。但隨著工藝技術的發展，沖壓的概念正在逐步擴展，涉及范圍也越來越廣，如熱成形、管材液壓成形、板材充液成形、輥壓成形、超塑性成形等，如圖1所示。

圖1 沖壓技術發展方向

汽車的車身、動力和底盤三大系統都和沖壓工藝密切相關，尤其是車身及底盤系統，幾乎都是由沖壓件焊接或裝配而成。隨著國家經濟的高速發展，汽車行業也迎來快速發展。巨大的市場需求刺激著汽車企業的產能擴張，也帶動了沖壓零部件企業的快速發展。

目前，汽車沖壓產品涉及工藝廣、品種多、需求大，受制造成本的影響，汽車企業大多采取“自制+外采”模式（圖2），質量要求嚴，生產效率高的關鍵、重要產品自制；其余產品外采。自制率呈逐年下降趨勢，最后趨于穩定，真正做到“有所為，有所不為”。這方面，乘用車企業起步相對較早，按此模式基本完成布局；商用車企業中，解放、東風自制率相對較高，但也都在按此模式逐步調整。

圖2 “自制+外采”模式

國內汽車企業沖壓發展現狀

國內汽車企業在工藝技術、裝備提升等方面的投入都是圍繞著“高質量、高效率、低成本”的目標而展開的。

工藝技術提升

⑴短工序技術應用。為減少工序數量，降低生準投資，提高生產效率，短工序技術在主機廠已經得到成熟應用。典型的組合包括：修邊+整形、修邊+翻邊、下料+成形。

⑵一模多件技術應用。充分利用設備，一模雙件已成為常規工藝，一模三件、四件（圖3）的工藝排布應用也比較普遍，一模多件可最大限度的提高生產效率，如某乘用車車門外板一模四件，每分鐘產成品達72件。

圖3 某乘用車“一模四件”工藝

⑶高強鋼多段拼焊封閉成形。激光拼焊板成形工藝是使用不同厚度、不同材質的高強度鋼板，通過開卷落料、激光拼焊工藝形成整體毛坯材料（圖4），一次沖壓成形得到所需零件形狀的工藝。該技術是在白車身輕量化方面的一項重要創新，并已在一汽多款車型上得到應用。

圖4 某車型側圍內板加強板5段拼焊工藝

⑷材料利用率提升。沖壓成本主要包括：材料費、加工費、設備工裝攤銷費、人工費、運輸費等，而大型覆蓋件的材料費占沖壓成本80%以上。通過提高材料利用率，可顯著降低生產成本，帶來可觀的收益。主要提升手段包括：設計開發階段的結構優化、合理分塊等；工藝制造階段的精細下料、成形代拉延、淺拉延、開口拉延、余廢料再利用等。

⑸高強鋼應用。國外乘用車的高強鋼應用比例平均達到80%左右，商用車高強鋼應用比例也在攀升。受輕量化和碰撞性能要求，國內乘用車車身高強鋼應用也有大幅提升，某國產乘用車高強鋼應用比例達到59%，590MPa級別冷成形鋼成為標配。國內商用車駕駛室為滿足碰撞和頂壓要求，也開始逐步采用590MPa級別冷成形鋼。隨著法規的日趨嚴格，高強鋼在商用車駕駛室上的應用會越來越廣，具體應用案例如圖5所示。

圖5 國內汽車高強鋼應用

⑹鋁合金應用。鋁合金等輕質合金對于整車減重，油耗降低等有比較明顯的作用。受生產成本影響，鋁合金板沖壓還主要應用在國外或合資企業的中、高端乘用車上，而在商用車上還未開始應用。

⑺熱成形應用。近年來，熱成形工藝被廣泛應用于乘用車車身結構件和加強件上，如A/B柱、門檻加強板、中通道、前圍下擋板、前/后邊梁和門防撞梁等。直接和間接熱成形工藝在國內商用車上也有應用。

⑻內高壓成形應用。內高壓成形技術在乘用車上已得到廣泛應用，主要在底盤（前、后副車架、扭力梁等）、車身結構件以及排氣系統，如圖6所示。

內高壓成形技術在商用車上的應用相對成熟，主要用在排氣系統、空濾器、緩速器、中冷器、進氣管、過濾器支架等。其未來的應用前景也比較廣，如發動機系管類零件、車橋橋殼等；梯形架、保險杠、前下防護、橫梁、支架、操縱桿、管接頭等底盤零部件；儀表骨架、座椅框架、車頂梁、A/B柱、地板梁等空間骨架件等車身零部件；皮卡車架、越野車車架、小型客車車架等。

圖6 應用內高壓成形工藝產品示例

⑼輥壓成形應用。輥壓成形在乘用車上應用主要體現在轎車車身和座椅系統。車身上典型輥壓成形零件包括：前后保險杠、車門防撞梁、車門框、門檻加強板、頂蓋橫梁和風窗下橫梁等，座椅系統輥壓成形零件主要是座椅導軌。

輥壓成形在商用車車身上的應用相對較少，主要以玻璃導軌等零件為主，但因輥壓可以更好的保證縱梁的角度、垂直度及平行度，在車架縱梁上應用比較廣泛。為提高材料利用率，國外卡車縱梁采用“直槽縱梁+一體橫梁”裝配結構。同時，隨著滾沖技術的發展，縱梁輥壓生產效率將進一步得到提升。

設備設施升級

⑴生產設備自動化。汽車企業的生產設備正向深度自動化方向發展，其主要特點為自動化、工序短、節拍高、少人化、通用性強。

因市場、政策等因素影響，乘用車企業起步早，發展快。無論是設備技術水平、自動化程度、生產線節拍等都明顯領先于商用車企業。乘用車企業已經開始廣泛應用伺服沖壓技術，而商用車企業還主要以機械生產線為主。

為減少人工操作，提高生產效率，各汽車企業也在配套設施方面提高自動化水平，如自動換模縮短換模時間、端拾器自動更換及立體存儲、機器人自動裝箱、線首線尾AGV自動傳輸等等，從而實現預裝、物流等輔助端的高效率、少人化。

新建沖壓廠房可實現自動化的整體規劃布局。但建廠早、自制率高的企業，早期工藝布局設計復雜，且運行多年，設備狀態下滑、功能缺失。后期自動化改造投入大，效果不明顯，已成為企業發展必須面對的難題。本著精益投資的原則，未來主機廠將集中資源對自制產品的設備設施進行投入，部分具備改造價值的生產線及設備進行自動化升級改造，老舊生產線及設備隨產品的剝離進行處置，逐步降低自制率。

⑵生產裝備信息化。信息技術在制造領域的快速發展，也為沖壓生產制造帶來便捷，為少人化提供途徑。主流主機廠已實現生產設備與生產信息系統聯網，系統可實現后序生產需求、原材料進貨、產成品入庫、故障停歇、能源消耗等記錄與分析功能。未來，更加全面和智能的信息管理系統，也將在配套設備上實現聯網，使生產安排更高效、更合理。

⑶生產工藝數字化。國外數字化仿真技術相對成熟，國內近年來也開始打造建立3D數據共享重用的工藝工作環境，搭建全三維的數字化虛擬工廠（圖7），實現三維環境下的工藝設計、仿真、虛擬調試等功能，從根本上提升質量、縮短周期、降低成本。

圖7 數字化應用途徑

能力基線建設

⑴能力基線。能力基線是衡量主機廠汽車生產制造能力的重要依據。能力基線（圖8）為生產制造提供支撐，同時生產制造也牽引主機廠能力基線的不斷提升。

⑵同步工程。主機廠已具備一定的技術能力，能夠同步開展工藝設計工作，部分乘用車主機廠具備自行設計DL圖、結構圖的能力。

圖8 能力基線與制造關系

⑶質量。國內主機廠對歐系、日系、美系的質量標準都有充分吸納，對質量控制策略已有巨大進步。結合模擬分析手段，主機廠開始實現精確控制質量狀態，提升質量穩定性，實現高效工裝開發與驗證。

⑷效率。由于市場競爭加劇，為更早搶占市場，各汽車企業新車型的推出周期逐漸縮短，單一車型的生準周期也同步被壓縮。一些主機廠從模具投鑄至新車型SOP的時間，從2010年的30個月降至后來的13～15個月，甚至更短。

⑸成本。隨著原材料成本的下降、機加制造水平和供應商管理水平的提升，模具開發費用逐年下降。同時， 各主機廠也在致力于工藝技術能力和自主調試能力的提升，自制新產品的DL圖設計和到廠調試全部自行完成，將進一步壓縮生產周期，降低生準成本。

⑹裝備。“工欲善其事，必先利其器”。裝備是汽車制造的重要組成部分和基本要素之一，是生產經營的重要工具和手段。設備的綜合可動率等指標的提升，將為順利生產提供重要保障。

⑺工業工程。工業工程IE是集技術與管理于一體的科學，可以對由人員、物料、設備、能源及信息組成的集成系統進行設計、改善和設置。目標是運用人、機、料做最有效的組合，達成最有效的產出。

沖壓資源規劃

未來，汽車企業將持續推進“自制+外采”模式，在自制業務上重點投入的同時，也要求合作的零部件企業同步實現高質量、高效率、低成本的制造。零部件企業在結合企業自身特點的同時，也要適應主機廠不斷變化的采購需求，才能在未來的競爭中立于不敗之地。因此，零部件企業要具備以下能力。

設計開發能力

為適應主機廠對沖壓件的質量、效率、成本需求，近幾年供應商前期介入發展迅速，也應具備一定的工藝設計和二次開發能力等。

質量保障能力

主機廠對零部件企業的質量體系認可越來越重視，也越來越正規。完備的質量體系是保障沖壓件合格、穩定的重要前提，零部件企業既要滿足主機廠的質量管理要求，也要具備常規的檢測檢驗能力和質量改進和升級能力。

成本控制能力

隨著市場競爭的激烈和主機廠成本控制的需求，要求各零部件企業從管理、效率等方面挖掘改善，提供質優價廉的沖壓產品。

模塊加工能力

為降低成本，主機廠外采產品已逐漸由沖壓單件向總成、分總成過渡，因此要求零部件企業不僅要具備不同尺寸零件的沖壓加工能力，還要具備焊接能力，甚至是涂裝能力。

批量試制能力

消費者對定制化、個性化汽車的需求，促進多品種、小批量訂單數量的增多。這部分生產需求往往會擴散到零部件企業。這就要求零部件企業具備一定的批量試制能力，如簡易模具制造能力、快速加工能力、三維切割能力、材料檢驗能力等，以滿足主機廠周期短、變化快，要量少的采購需求。

新技術產品加工能力

隨著熱成形、內高壓成形、輥壓成形等工藝（圖9）在車身上的廣泛應用，該部分技術需求也越來越大。主機廠將重點放在前期的預研、試制及驗證等環節，而批量供貨往往會依托零部件企業實現。

圖9 新技術應用

結束語

隨著國家對汽車行業外資股比限制政策的取消，國內汽車企業面臨的形勢更加嚴峻，壓力也必然會傳遞到零部件企業。沖壓件作為汽車的重要組成部分，如何實現沖壓加工的高質量、高效率、低成本，對汽車沖壓企業和零部件企業都提出了更高的要求。