探討降低汽車模具開(kāi)發(fā)成本的方法

文／底曉煒，劉君君，周坤，謝保·奇瑞商用車(安徽)有限公司

汽車市場(chǎng)現(xiàn)狀

車市銷售情況

通過(guò)乘聯(lián)會(huì)官網(wǎng)發(fā)布的2019 年全年銷售數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，乘用車全年累計(jì)銷售達(dá)2069.8 萬(wàn)輛，同比下降7.4%。其中轎車全年累計(jì)銷售1014.4萬(wàn)輛，同比下降9.1%，MPV 全年累計(jì)銷售137.2 萬(wàn)輛，同比下降18.2%，SUV 全年累計(jì)銷售918.2 萬(wàn)輛，同比下降3.6%。

2020 年年初受疫情影響，給本就銷售下滑的市場(chǎng)帶來(lái)了新的壓力，中汽協(xié)發(fā)布2020 年2 月份中國(guó)汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，2 月乘用車產(chǎn)銷分別完成19.5 萬(wàn)輛和22.4 萬(wàn)輛，產(chǎn)銷量同比下降45.8%和42.0%；商用車產(chǎn)銷分別完成8.9 萬(wàn)輛和8.6 萬(wàn)輛，同比下降66.9%和67.1%。

開(kāi)發(fā)成本降低的意義

在國(guó)產(chǎn)自主品牌汽車中，像奇瑞、長(zhǎng)城、吉利、長(zhǎng)安等主機(jī)廠每年都會(huì)開(kāi)發(fā)新車型，因?yàn)樽灾髌放聘聯(lián)Q代的速度太快，不像國(guó)外的大企業(yè)，一款車型能賣(mài)上百萬(wàn)臺(tái)或是很多年；新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中會(huì)涉及到汽車模具、內(nèi)外飾、電氣電路、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等模塊的開(kāi)發(fā)，往往一個(gè)新車型的開(kāi)發(fā)費(fèi)用就需要6 ～10 億元。而新車型模具的開(kāi)發(fā)往往就需要2.5 ～4 億元的資金。在目前國(guó)內(nèi)汽車銷售市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的環(huán)境下，如果主機(jī)廠其他車型銷量不多或者研發(fā)資金不充足的話，勢(shì)必會(huì)影響到公司下一步的發(fā)展計(jì)劃，所以在新車型的開(kāi)發(fā)中降低研發(fā)成本對(duì)公司有著非常重要的意義。

模具降本的種類

模具開(kāi)發(fā)成本貫穿于M0 造型階段、車身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)工藝設(shè)計(jì)方案及新設(shè)備新材料的應(yīng)用等整個(gè)車型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各階段及環(huán)節(jié)，根據(jù)我司在以往車型模具降本方案中的經(jīng)驗(yàn)，總共歸納出14 種降低模具噸位的方法。

CAS 階段造型分縫檢查

圖1 零件分縫

造型分縫的原則：局部分縫線服從整體分縫線，局部特征線服從整體特征線(圖1）。在車身設(shè)計(jì)過(guò)程中，車身結(jié)構(gòu)的關(guān)系、沖壓的難易程度都受分縫線影響，如果分縫不協(xié)調(diào)、不合理會(huì)給沖壓的成形性（工藝的復(fù)雜程度）、材料利用率帶來(lái)非常大的影響，由于成形性不好，原本四序模具可以生產(chǎn)出來(lái)的制件，就可能需要五序才能實(shí)現(xiàn)，大大增加了模具投入成本及后期的生產(chǎn)費(fèi)用。

質(zhì)量及量綱要求

根據(jù)公司戰(zhàn)略綱領(lǐng)計(jì)劃，考慮模具使用壽命(30萬(wàn)/50 萬(wàn)/100 萬(wàn)件），質(zhì)量權(quán)衡(質(zhì)量等級(jí)）相應(yīng)調(diào)整模具強(qiáng)度及工序數(shù)，減少投資浪費(fèi)(參照日系標(biāo)準(zhǔn)，如圖2 所示）。

套模工藝的應(yīng)用

圖2 新的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

套模工藝使用的目的就是降低開(kāi)發(fā)成本，將小件嵌套在大零件的廢料區(qū)域一體成形，借助板料成形CAE 模擬技術(shù)作虛擬試模，實(shí)現(xiàn)模具費(fèi)用、沖壓費(fèi)用的降低和材料利用率的提升，如圖3 所示。

淺拉延方式的應(yīng)用

沖壓工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用壓料面的隨形設(shè)計(jì)，降低拉延深度，減少工藝補(bǔ)充，從而減小板料尺寸，可以有效提升材料利用率，同時(shí)淺拉延工藝的運(yùn)用，使拉延、修沖、整形序模具的大小和噸位得到了有效的控制，從而降低了模具開(kāi)發(fā)成本。

針對(duì)相對(duì)規(guī)則的產(chǎn)品(圖4），淺拉延的工藝要點(diǎn)有：A、調(diào)試后板料距離拉延筋不超過(guò)10mm；B、拉延筋最小化設(shè)計(jì)且增加阻力系數(shù)，減少雙筋設(shè)計(jì)；C、壓料面最小化設(shè)計(jì)(壓料筋中心到分模線不大于22mm）；D、拉延深度最小化；E、工藝補(bǔ)充最小化設(shè)計(jì)。

圖3 套模工藝的應(yīng)用

圖4 淺拉延工藝要點(diǎn)示意

降低模具高度

在滿足工藝性及設(shè)備需求下，結(jié)合生產(chǎn)布點(diǎn)排產(chǎn)，合理的降低模具高度，可有效降低模具開(kāi)發(fā)成本。圖5 所示為我司某車型車門(mén)內(nèi)板優(yōu)化圖，通過(guò)對(duì)拉延深度、壓料面角度的優(yōu)化調(diào)整，減少了45mm 的拉延深度，從而減少了模具的高度，降低了開(kāi)發(fā)成本。

圖5 優(yōu)化壓料面和拉延深度

合并工藝應(yīng)用

合并工藝就是將兩個(gè)或多個(gè)形狀相同或不同的零件合并在一起同時(shí)加工，在實(shí)際生產(chǎn)中有意識(shí)地運(yùn)用這一技巧，可以解決一些工藝問(wèn)題，取得非常可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。以我司某車型輪罩內(nèi)板為例，輪罩內(nèi)板分件(4 件）設(shè)計(jì)改為合件(2 件）設(shè)計(jì)，減少了五套模具的開(kāi)發(fā)(圖6），節(jié)省模具重量18 噸，一次性模具開(kāi)發(fā)成本節(jié)約幾十萬(wàn)元；鋼材利用率提升22%，單車節(jié)省鋼材9.284 元，制造沖次費(fèi)節(jié)約5.331元/臺(tái)。

圖6 輪罩內(nèi)板合并工藝

成形工藝應(yīng)用

傳統(tǒng)的零件都是通過(guò)OP10 拉深模去實(shí)現(xiàn)零件的成形，眾所周知，拉深模首先噸位大，其次在調(diào)試過(guò)程中存在一定的難度，如易產(chǎn)生開(kāi)裂、起皺等功能性問(wèn)題(圖7），通過(guò)落料成形方式實(shí)現(xiàn)的工藝，在一定程度上避免了拉深工藝存在的問(wèn)題，同時(shí)也降低了模具開(kāi)發(fā)的費(fèi)用(圖8）。

一模多件開(kāi)發(fā)

圖7 通過(guò)傳統(tǒng)拉深方式實(shí)現(xiàn)的零件

圖8 通過(guò)落料方式實(shí)現(xiàn)的工藝

圖9 一模多件開(kāi)發(fā)

在一套模具中實(shí)現(xiàn)兩種以上制件的生產(chǎn)，使模具開(kāi)發(fā)系數(shù)（數(shù)量）降到最低。圖9 所示為我司某車型左/右/前/后門(mén)外板支撐板，正常的模具工藝左/右前門(mén)外板支撐板和左/右后門(mén)外板支撐板為分開(kāi)開(kāi)發(fā)，此項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)共模開(kāi)發(fā)后為公司節(jié)約了模具開(kāi)發(fā)成本。

工藝設(shè)計(jì)模面優(yōu)化

通過(guò)CAE 軟件的分析，在分模線、坯料線、拉延筋等方面進(jìn)行優(yōu)化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量（特別是外覆蓋件的面品質(zhì)量）前提下，減少零件工藝補(bǔ)充面、應(yīng)用敞口拉延、刺破等工藝減小模具尺寸(圖10），實(shí)現(xiàn)模具噸位降低的目的。

圖10 模面優(yōu)化

擺剪/弧形刀/鋸齒刀的應(yīng)用

在新車型的開(kāi)發(fā)中，各主機(jī)廠為了提高整車的材料利用率，擺剪、弧形刀、鋸齒刀被大量運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，在提高材料利用率的同時(shí)，也減小了模具的尺寸。圖11 所示為我司某車型發(fā)蓋內(nèi)外板使用鋸齒落料工藝生產(chǎn)的拉延件。

模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化及材質(zhì)替換

在模具設(shè)計(jì)階段，結(jié)合零件外觀造型可對(duì)拉深模進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，例如外覆蓋件通常使用GGG70L 作為拉深模的材質(zhì)，此材料采購(gòu)價(jià)格較貴，通過(guò)分體式設(shè)計(jì)，模具的工作部分與非工作部分運(yùn)用不同的材質(zhì)（圖12），可實(shí)現(xiàn)模具材質(zhì)采購(gòu)價(jià)格及模具重量降低的目的。同時(shí)，通過(guò)相關(guān)軟件進(jìn)行疲勞模擬，分體式結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。

新材料的應(yīng)用

圖11 鋸齒刀工藝的應(yīng)用

圖12 分體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新材料主要是指激光拼焊板、碳纖維、高強(qiáng)度板，這些材料在車身上的應(yīng)用除了可以降低整車的重量、降低裝配誤差外，還可以降低整車的制造成本，如減少外圍加強(qiáng)件的數(shù)量、減少相應(yīng)的零件數(shù)量、降低模具開(kāi)發(fā)的一次性投入成本和后期的沖壓費(fèi)用。同時(shí)新材料的應(yīng)用使車輛的抗碰撞能力、成形率和抗腐蝕能力得到了一定的提高。

新工藝的應(yīng)用

熱成形、輥壓工藝由于具有生產(chǎn)效率高、節(jié)約材料、增加產(chǎn)品強(qiáng)度、質(zhì)量穩(wěn)定、降低開(kāi)發(fā)成本等特點(diǎn)，被越來(lái)越多地應(yīng)用到現(xiàn)代汽車生產(chǎn)制造中，提高了整車車身的安全系數(shù)。

新設(shè)備的應(yīng)用

在汽車生產(chǎn)制造中，越來(lái)越多的新型設(shè)備被使用，如多工位壓力機(jī)、單機(jī)串聯(lián)、高速線的選擇應(yīng)用，又如多工位模具，一套模具里包含了拉深、修沖、整形等工序，一個(gè)沖次就能沖出一個(gè)成品件，大大減少了模具開(kāi)發(fā)數(shù)量及沖壓生產(chǎn)費(fèi)用。

結(jié)束語(yǔ)

本文是結(jié)合我司常用的汽車車身模具降噸位方法進(jìn)行的簡(jiǎn)單總結(jié)，在實(shí)際中可能還有其他模具降本方案沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。相信通過(guò)不斷的研究和探討，更多、更好的降本方法將會(huì)被發(fā)現(xiàn)并加以運(yùn)用。