汽車行業沖壓成本的控制方法

劉可偉

（廣州汽車集團乘用車有限公司，廣東廣州 511434）

1 引言

隨著汽車產業的不斷發展，技術不斷進步，競爭也在不斷加劇。誰的產品設計更出色，誰的質量更好、成本更低，誰就能在競爭中占據優勢。沖壓生產作為汽車制造四大工藝之首，在保證質量的前提下，控制成本是永恒的主題。本文從沖壓工藝、技術管理的角度，談談對沖壓工藝進行成本管理、降低沖壓生產成本的幾個方法。

2 降低沖壓生產成本的方法

作為汽車主機廠，沖壓生產在新車型方面的投資占四大工藝總投資的55%～60%，因而降低沖壓工藝的投資成本對降低汽車的單臺成本具有重要意義。而單純從沖壓工藝方面降低投資成本，首要的就是降低新車型模具的投資成本。為了降低沖壓生產的投資成本，可以采取以下方法。

（1）提升模具的國產化。

改革開放的早期，我國的模具設計和制造水平還比較低，國內的汽車主機廠不得不進口歐美、日本、韓國的覆蓋件模具，模具采購成本較高，造成了汽車沖壓件生產成本較高，汽車制造成本自然就高。隨著國內裝備制造水平的日益提高，國產模具設計和制造水平已獲得長足的進步。因此，實現整車模具全部國產化的條件已充分成熟，目前已經實現了新車型沖壓模具的100%國產化。原來一個新車型14～16組件的模具，采購成本曾經需要1億左右，經過國產化之后，通過持續采取各種技術措施降低成本，模具采購只需要3,000～4,000萬元。模具國產化，極大地降低了沖壓生產的投資成本。通過持續的培育和扶持，來推進模具國產化，幫助國內汽車模具廠提升模具的制造品質，是降低沖壓生產投資成本的首要方法。

（2）少工序化設計。

沖壓一個零件，如果多一道工序，就多一副模具。一副大型覆蓋件模具，造價少則幾十萬元，多則幾百萬元。如果沖壓一個零件能少一道工序，就少一副模具，少投資幾十上百萬元。所以，通過提高零件的工藝性，進行工藝分析和組合，減少工序數，降低模具組數，可以極大地降低模具投資成本。

目前已實現3工序化的零件有門外板、前后蓋內外板、后內板、后地板等零部件，對于較為簡單的前地板，還實現了兩工序沖壓。3工序以內完成沖壓的零件占內制件比例與日系基本處于同一水平。通過嚴格控制工序數，每個車型一般可以減少3～5副模具投入。這樣的模具單個采購價在50～80萬元，因而整個新車型可以減少模具投資約4%～8%。

（3）模具輕量化設計。

國內的模具設計一般都設計的結構比較復雜，作為技術的管理人員，通過借鑒合資企業的工作經驗，推廣日系汽車廠模具的簡約設計理念，使模具盡可能采用簡約化的設計，減少模具重量，可以有效減少模具的投資成本。

采用簡約化設計，通常拉伸模只有上模、下模、壓邊圈，后工序模只有上模、下模、壓料板3大件。同時，去掉多余的對模具強度沒有任何好處的結構，在保證模具強度的前提下控制好筋板的厚度（見圖1），減輕模具重量。另外，在模具筋板上根據鑄造工藝特性適當增加一些鑄空孔（見圖2），對于比較大比較實的局部適當進行掏空設計，提高鑄造工藝性的同時也能減輕模具重量。根據經驗，通過合理的模具輕量化設計，單副模具重量可以減輕0.5～2t，單個車型可以實現減少1%～3%的模具投資。

圖1 模具通過控制筋板厚度、增加鑄空的設計降低模具重量

圖2 在筋板上設計鑄空孔降低模具重量和提高鑄造工藝性

（4）模具壽命差異化設計。

一般來說，每一個新車型在規劃的時候就會有個產銷量定位。比如MPV，一般來說一年5～8萬臺。在沖壓技術管理上，根據新車型產銷規劃的不同，要求對模具進行壽命差異化設計，合理控制模具設計壽命，可以降低模具投資成本，如表1所示。

表1 新車型產銷量對應的模具設壽命

模具使用壽命主要受鑄件及標準件質量影響。根據車型的產銷規劃，對模具進行不同的結構設計、使用不同的的材料和工藝進行制造，使用不同檔次的標準件。通過差異化設計，可以減少約4%～6%的模具投資，降低單臺成本。

（5）模具組合化設計。

模具要實現組合化通常有兩個方法：并模、不同件模具組合即一組模具同時生產兩個以上不同的非對稱零件。

目前各汽車主機廠比較普遍的采用組合工藝方案的有左右門內、外板，左右翼子板等，這些組合設計是左、右件都在一副模具上沖壓，后序分離成左、右件的并模工藝（見圖3a），或者一副模座上兩個凸模/壓邊圈/上模的并模、兩個件分別沖壓的工藝（見圖3b）。除了這些組合方式，還實現了發蓋內、外板并模，行李箱內、外板并模，尾門內、外板并模、前、后地板并模等組合方式。這些組合方式不再是左、右件并模，有些是由兩副完全獨立的模具進行（見圖4）組合，有些則是共用一副下模座，上面是兩個不同的凸模、凹模和壓邊圈的組合方式。

圖3 左、右前翼子板的兩種并模工藝方式

圖4 前蓋內、外板并模

通過這些組合，可以較好的降低模具投資成本，一組模具（以發蓋為例）可以減少約100萬元投資，單個車型多組模具采用組合設計，合計可以減少約8%～12%上下投資。

對于不同件的模具組合化設計還有一些其它方式，比如嵌件設計，目前主要應用在尾門內、外板上，如圖5所示。

圖5 尾門內板的嵌件組合沖壓工藝

通過分析，將一個小件嵌入尾門內、外板的廢料部分，利用尾門內、外板的廢料進行同步生產，實現了一副模具同時生產兩個件。

如果將采用嵌件設計的模具與另一個件再進行組合，還可以實現一次生產3個不同的零件。

如圖6所示，經過分析，將尾門外板和后牌照外板并模，并且利用尾門外板的尾窗廢料，嵌入一個小件（尾門外板連接件）進行組合沖壓，實現一副模具同時生產3個不同的零件，這樣就實現了嵌件和并模的組合。

圖6 尾門外板的組合化模具設計

通過這種嵌件+并模的組合，僅上述模具就可以減少約100萬元投資，實現單個車型減少約3%的投資。目前，采用這一方案的模具已經進入量產狀態。當然，類似的嵌件+并模組合應用在尾門內板沖壓工藝上也有應用。

模具的組合化工藝降低了模具的投資成本，同時極大地提升了生產效率和降低生產成本，是一種非常值得探討和研究的技術方法。

3 降低沖壓材料成本的方法

降低沖壓的材料成本，就是要提高材料的利用率，或者使用成本更低的材料進行沖壓。

目前各大汽車廠為了提高材料利用率，降低生產成本，各種傳統的技術方法都有充分的應用，因此在這里不再過多介紹，只介紹幾種有創新意義的方法。

（1）采用淺拉伸沖壓工藝。拉伸越深，材料流入越多，沖壓需要的坯料尺寸越大。經過充分的技術分析，對于部分外板件，其目前廣泛使用的工藝方案，拉伸深度過深，造成了材料的浪費。如果采用淺拉伸技術，可以有效減小坯料尺寸，從而提升材料利用率，降低沖壓材料成本。

通過采用淺拉伸工藝，翼子板拉伸深度從傳統的需要130mm左右的深度降低到80mm左右。側圍立柱的拉伸深度可以減少30～50mm，材料利用率獲得了較大提高，降低了單臺成本。

當然，淺拉伸技術的應用，也可能帶來一些問題，比如個別零件的局部可能出現剛性不足。對于這些問題，通過逐個分析，采用修改零件的局部設計，或者修改局部工藝補充、局部沖壓工藝的設計，是可以獲得改善的。

淺拉伸工藝是提升材料利用率、降低沖壓材料成本的最直接有效的方法，非常值得進一步研究和推廣。

（2）采用開口拉伸沖壓工藝。開口拉伸工藝就是材料局部邊緣不超出拉伸分模線進行拉伸的沖壓工藝，這樣拉伸的結果是會在材料邊緣沒蓋過拉伸分模線的位置形成一個開口，所以形象的稱為開口拉伸。因為坯料局部不超出分模線，自然局部無法壓邊，因此這一工藝方案的應用范圍不可能太廣，只能應用在某些局部材料流入型面（非工藝補充面）不多的零件沖壓工藝中。開口拉伸工藝目前主要應用于前蓋內板（見圖7）和后蓋內板。

圖7 發蓋內板的淺拉伸

通過這一設計，坯料尺寸縮小了近20㎜，單件成本可以下降2元左右。目前，這一工藝已應用到多個車型上，有部分車型已量產幾年，證明這一方案已是可行的成熟的方案。

開口設計還可以應用到部分行李箱內板模具上，目前來說由于受零件造型的影響，只建議這兩個零件可以考慮這一方法。

（3）采用和推廣新材料的應用。技術管理就是要引導和管理著團隊的技術創新，也要持續的關注社會上的科技進步，并且努力把更先進的技術和產品引入到生產中。鋅鋁鎂材（ZM）材料是寶鋼近年科技進步的一個成果，這是一種相對現有鍍鋅板材（GA）潤滑性更好，成形性更優，防腐蝕性能更好的材料。新材料和原鍍鋅板基材完全相同，只是表層防腐鍍層使用的材料有所不同，因而材料力學性能一致。新材料潤滑性更好，提高了成形性。

通過新材料的導入和應用，在獲得更好的潤滑性、提高成型質量的同時，每噸相對低150～750元，屬于成本更低的材料，降低了沖壓的材料成本。

4 結束語

以上簡單介紹了沖壓工藝成本管理的幾個方法。作為汽車行業，只有不斷的技術創新和引入國際、國內新技術，才能不斷地提升產品質量和降低生產成本，才能不斷地進步。沖壓生產作為汽車四大工藝之首，技術的進步、成本的降低對汽車行業的發展有重要的意義。通過強化技術管理，持續推進模具國產化，進行創新和攻關，單個車型的模具投資在原有基礎上可以實現較大的投資節約，可以降低沖壓的模具成本。同時，通過持續的工藝技術創新和努力，以及新技術、新材料的引入，降低了沖壓的材料成本，提高了材料利用率。