本文結(jié)合工作實(shí)踐，從沖壓工藝選擇及模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)、材料利用率的控制、模具材料的合理選擇等方面探討了如何有效控制模具開發(fā)制造的成本、提高利潤(rùn)水平的具體措施，對(duì)整車生產(chǎn)的成本控制有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。

汽車制造業(yè)成本居高不下是目前我國(guó)汽車行業(yè)面臨的主要問題之一，嚴(yán)重制約了新車在市場(chǎng)上的表現(xiàn)，大大降低企業(yè)的利潤(rùn)水平。但是，對(duì)于汽車生產(chǎn)企業(yè)而言，降車價(jià)容易，降制造成本卻很難。對(duì)于車企而言，唯有挖空心思降低成本，才能真正提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

汽車車身由各種各樣的鈑金件通過焊裝焊接而成，而這些零件基本都是通過沖壓生產(chǎn)的。在一臺(tái)汽車上，60%以上的零部件都是沖壓件。在沖壓件的成本中，材料費(fèi)用一般占到60%以上。因此，探討汽車沖壓方面的成本控制措施，選擇合適的沖壓工藝、不斷優(yōu)化模具機(jī)構(gòu)、合理選擇模具材料和在模具開發(fā)上充分考慮材料利用率等，對(duì)整車成本控制具有十分重要的意義。

本文結(jié)合工作實(shí)踐，從沖壓工藝選擇及模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)、材料利用率的控制、模具材料的合理選擇等方面探討了如何有效控制模具開發(fā)制造的成本、提高利潤(rùn)水平的具體措施，對(duì)整車生產(chǎn)的成本控制有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。

沖壓工藝的合理性直接影響沖壓件的制造成本，經(jīng)濟(jì)性的好壞體現(xiàn)沖壓工藝方案的優(yōu)劣。在合理選擇沖壓工藝方面，國(guó)內(nèi)模具企業(yè)已經(jīng)積累了不少經(jīng)驗(yàn)，有很多措施可以用來實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的控制。

1.合理設(shè)計(jì)沖壓工序

合理設(shè)計(jì)沖壓工序，使其達(dá)到結(jié)構(gòu)最好、工序最少，例如：我公司某車型右側(cè)圍模具為5個(gè)工序（不包括落料模），共10副模具，而新開發(fā)的兩款車型，左、右側(cè)圍模具只有4個(gè)工序（不包括落料模），共8副模具。在合理拆分沖壓工序后，減少了兩副模具的開發(fā)成本。從生產(chǎn)方面來說，減少兩副模具后，大大提高了生產(chǎn)效率，事半功倍。

2.采用聯(lián)合安裝方式

聯(lián)合安裝的操作方式就是在同一副模具內(nèi)，完成兩個(gè)或者兩個(gè)以上工序內(nèi)容的作業(yè)方式，例如：我公司最具有代表性的某車型加油口盒，就是采用聯(lián)合安裝方式來實(shí)現(xiàn)的。某車型中加油口盒共有5副模具，如果連線生產(chǎn)就需要占用5臺(tái)機(jī)床來滿足其要求。為了提高生產(chǎn)效率，減少對(duì)機(jī)床的占用，將后3副模具采用聯(lián)合安裝的方式，組合拼裝在同一副模具上，如圖1所示。這樣，某車型中加油口盒就只有3副模具了。

合并后的1副模具，每完成一個(gè)沖次就相當(dāng)于原來3副模具的沖次，有效地提高了生產(chǎn)效率，機(jī)床占用壓力也減少了。與此同時(shí)，3副模具合并在1副模具上，模具采用相應(yīng)減少，達(dá)到了質(zhì)量減少、成本降低的目的。

聯(lián)合安裝的作業(yè)方式，一般常用于中、小型沖壓件，大型件、外板件等產(chǎn)品表面質(zhì)量要求高的零件不建議采用。

圖2 某車型右前門外板帶廢料切刀的拉延模

3.拉延模上安裝廢料切刀的工藝方案

減少?zèng)_壓工序是控制沖壓成本的一個(gè)重要途徑。減少工序有多種方法，在拉延模上安裝廢料切刀就是其中之一。一些工件型面復(fù)雜，落差較大，成形困難，如果直接用整塊板料成形可能難度較大。如果開發(fā)落料模，不但增加模具投入，而且也增加了工序，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮不合適。在工藝設(shè)計(jì)上可以考慮在拉伸廢料上切角，這樣既可保證拉延成形，減少一副模具，又可以提高經(jīng)濟(jì)性。這種方法常用于汽車沖壓件車門內(nèi)、外板的拉延模上。某車型右前門外板帶廢料切刀的拉延模如圖2所示。

4.盡量實(shí)現(xiàn)左、右件共模生產(chǎn)

采用左、右件共模生產(chǎn)不但更利于材料的成形，重要的是要比單件生產(chǎn)更能發(fā)揮節(jié)材效能。我公司最初某車型左、右翼子板僅從成形性上選擇而沒有充分考慮到成本控制方面的因素，采用左、右件分別拉伸成形，材料利用率為26.8%，采用左、右件共模拉伸，材料利用率達(dá)到33.5%，相比高出6.7%，每生產(chǎn)一件（左或右）要少消耗材料2.8kg，少開發(fā)5套模具，減少了工序數(shù)，降低了設(shè)備及人員的占用和資源消耗等。從成本控制的角度來看，兩種方案的優(yōu)劣比較明顯。我們?cè)陂_發(fā)CE項(xiàng)目時(shí)，翼子板、車門外板就采用了左、右件共模生產(chǎn)的方式。

通過上述比較分析，得知需盡量采用左、右件共模生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，能采用左、右件共模生產(chǎn)的零件有很多。

模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.提高落料模的通用性

在車型進(jìn)行的沖壓節(jié)料改進(jìn)中，考慮到同類對(duì)稱的零件有大致相近的曲線外形，在落料模的開發(fā)上，充分考慮通用性，分別針對(duì)對(duì)稱和非對(duì)稱弧形板料，可以實(shí)現(xiàn)一副落料模完成幾個(gè)零件的落料，只需調(diào)整定位即可。需要注意的是，采用通用落料的零件應(yīng)考慮到材質(zhì)和料厚的因素。具體情況如下：相同料厚、相同材質(zhì)的零件可以實(shí)現(xiàn)落料模共用；相同料厚、不同材質(zhì)而外形尺寸相似或者相近的零件可以通過調(diào)整定位來實(shí)現(xiàn)落料模共用；不同料厚不能實(shí)現(xiàn)落料模共用。

一般情況下，模具結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，加工難度越大，制造成本越高，相應(yīng)的價(jià)格也高。如果能在保證使用要求的前提下，不斷優(yōu)化甚至簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，那么模具的制造成本就可能降低，從而適當(dāng)降低模具的開發(fā)成本。針對(duì)我公司目前的模具結(jié)構(gòu)，有以下措施可以考慮：模具上的剛性存放塊，改為空心、管狀的存放塊，避免在生產(chǎn)中遺忘拿下，而損壞模具鑄件，甚至導(dǎo)致模具報(bào)廢的事情發(fā)生；改進(jìn)模具上不必要的進(jìn)、出料托架，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮生產(chǎn)中是否實(shí)用；部分模具廢料刀數(shù)量過多，切出的廢料尺寸過小，直接影響操作工撿廢料的生產(chǎn)效率，多出來的廢料刀模具導(dǎo)致成本也提高了，間接影響模具的開發(fā)成本控制。

3.國(guó)內(nèi)模具鑄件質(zhì)量有待提高

中國(guó)大陸主流模具結(jié)構(gòu)的主筋為45mm，而LG-3車型臺(tái)灣模具公司為我公司開發(fā)的金鷹車型模具主筋厚度為40?mm。新項(xiàng)目開發(fā)時(shí)通過和國(guó)外一些模具企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流，我們得知當(dāng)今日本宮謹(jǐn)、富士和荻原等一些模具企業(yè)的模具的主筋厚度僅為35mm。

與國(guó)內(nèi)主流模具相比較，模具結(jié)構(gòu)內(nèi)主筋的厚度相差10mm，這就意味著設(shè)計(jì)出一副大型側(cè)圍模具的質(zhì)量相差幾噸。影響主筋厚度的不是設(shè)計(jì)水平，而是目前國(guó)內(nèi)的鑄件質(zhì)量趕不上韓國(guó)、日本等國(guó)。考慮到模具整體強(qiáng)度以及壽命等方面，目前國(guó)內(nèi)鑄件主筋的厚度為45mm。

4.凸模模仁與模座做成兩種材質(zhì)

為了降低模具的開發(fā)成本，通常情況下，可以把拉延模的凸模模仁和模座分成兩部分來澆鑄。凸模模仁采用鉬鉻鑄鐵（GM246），模座采用FC30材質(zhì)。因?yàn)镕C30材質(zhì)比GM246便宜很多，每噸相差五六千元。在不影響模具強(qiáng)度的情況下，把兩者拼裝起來，組成凸模，模具的制作成本大大降低，維修也方便，這種方式現(xiàn)今普遍流行。

5.凹模模仁與模座采用鑲塊結(jié)構(gòu)

拉延模的凹模和壓邊圈都是由鑲塊和模座兩部分構(gòu)成。凹模模仁、壓邊圈的壓料面采用鑲塊SKD11，模座采用FC30材質(zhì)。因?yàn)镕C30材質(zhì)比SKD11便宜很多，每噸相差萬(wàn)元。在不影響模具強(qiáng)度的情況下，把兩者鑲在一起組成上模，模具的制作成本大大降低，維修也方便，這種方式現(xiàn)今普遍流行。

沖壓工藝設(shè)計(jì)與持續(xù)改進(jìn)的目的之一就是努力提高沖壓生產(chǎn)的材料利用率。對(duì)于大批量生產(chǎn)來說，提高板料的利用率是一件極有意義的事情。只要把材料利用率提高幾個(gè)百分點(diǎn)，模具的成本就可能忽略不計(jì)。提高沖壓生產(chǎn)的材料利用率，要從工藝方案制定（DL）、模具圖樣會(huì)簽及模具的預(yù)驗(yàn)收等源頭抓起。

在車型的開發(fā)中，應(yīng)把材料利用率指標(biāo)作為一項(xiàng)重要的參數(shù)提出來，從模具設(shè)計(jì)制造源頭上減少板材的消耗，避免或減少出現(xiàn)問題后再去補(bǔ)救的情況，這將有利于汽車制造成本的控制。

隨著全球鋼鐵價(jià)格的上漲，車身沖壓件制造成本已成為國(guó)內(nèi)各大汽車制造廠利潤(rùn)增長(zhǎng)的一個(gè)制約點(diǎn)，從原材料投入到成品件產(chǎn)出的整個(gè)過程或多或少都存在著浪費(fèi)現(xiàn)象，有不小的改進(jìn)空間。

1.減小壓料面

在模具設(shè)計(jì)開發(fā)中，減小板材消耗的思路之一就是盡量減小拉伸壓料面的尺寸，盡量不布置模具的拉延筋或拉延檻；必須布置時(shí)，盡可能靠近零件的修邊線，以減小模具外廓尺寸，增加材料利用率。舉例說明：圖4中，左、右側(cè)圍上邊框主加強(qiáng)板拉延序拉伸筋所占余量多，導(dǎo)致后序修邊沖孔料邊很多，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試模調(diào)整（板材尺寸寬度方向縮小30mm），試制后料邊最小處為10mm，不影響該件的成形和修邊質(zhì)量。同時(shí)將材料規(guī)格由1.50mm×1500.00mm×300.00mm改為1.50mm×1500.00mm×270.00mm，拉延模寬度方向定位由300.00mm調(diào)整為270.00mm。更改前材料利用率是31.89%，更改后材料利用率為35.44%，兩個(gè)件更改后比更改前單臺(tái)節(jié)約用料1.06kg。

該零件現(xiàn)在材料寬度方向已經(jīng)更改到了極限，如果換一種思維，在設(shè)計(jì)模具時(shí)把左、右側(cè)圍上邊框主加強(qiáng)板左、右共模生產(chǎn)，則材料浪費(fèi)會(huì)更少，材料利用率將更高。

2.盡量實(shí)現(xiàn)左右件共模生產(chǎn)前文已進(jìn)行了說明。

2.合理設(shè)計(jì)零件落料的排樣方法

排樣是指零件或毛坯在條料、板料上的布置方法。在落料模設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到零件的排樣，排樣方法是否合理，不僅影響模具結(jié)構(gòu)，最重要的是影響材料利用率。舉例說明：圖5中，對(duì)左、右A柱內(nèi)板下段板的落料模料片的3種排樣方案進(jìn)行比較，很明顯，在材料利用率上方案A比不上方案B和方案C。而通過計(jì)算進(jìn)行比較，放大計(jì)算100個(gè)料片所需要的板材重量，可以得知方案C優(yōu)于方案B，方案C的材料利用率高于方案B。

通過實(shí)現(xiàn)左右件共模生產(chǎn)的方法提高材料利用率，這在前文中已進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

合理選擇模具材料

模具材料的選擇要堅(jiān)持保證在使用前提下的低價(jià)原則。在材料選擇上，并非材料越高檔越好。材料檔次過高，一般意味著價(jià)格越高，模具、新車的開發(fā)成本也越高，而且還關(guān)系到如何合理確定沖壓生產(chǎn)綱領(lǐng)。使用壽命的要求直接影響到模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇。我公司一般要求模具的使用壽命為50萬(wàn)沖次，但在目前多品種、中小批量生產(chǎn)的市場(chǎng)銷售形勢(shì)下，模具使用壽命繼續(xù)按50萬(wàn)沖次的要求是否合理值得重新考慮，降低為40萬(wàn)沖次甚至30萬(wàn)沖次也在考慮之中。

豐田公司的拉延模材料主要采用球墨鑄鐵（KSCD-800IS），而不是目前我們國(guó)內(nèi)流行的合金鑄鐵（目前我公司外覆蓋件拉延模材質(zhì)為GM246），豐田公司就是從成本控制方面考慮所做的恰當(dāng)選擇，其原因在于球墨鑄鐵的焊接性能和可加工性能好，耐磨性能和表面淬火硬度都比較理想，成本卻比合金鑄鐵要低得多?？紤]到鑄鋼成本高，豐田公司現(xiàn)已大量采用基體與刃口一體化的鑄鐵材料作修邊模，使模具的機(jī)加工成本大大降低。鑄鐵整體刃口只需經(jīng)表面火焰淬火，就可直接用于幾十萬(wàn)次壽命的薄板料修邊模。

在我公司的汽車模具開發(fā)中，由于擔(dān)心出現(xiàn)問題，總是強(qiáng)調(diào)選用盡可能好的材料，不斷強(qiáng)化模具結(jié)構(gòu)。

因此，我們要掌握一個(gè)“度”，如果過于強(qiáng)調(diào)“結(jié)實(shí)”，選用高端材料，可能會(huì)造成一定程度的浪費(fèi)。

例如，在一次新車型模具招標(biāo)活動(dòng)中，我們要求廢料切刀及整形彎邊鑲塊用鑄鋼ICD5（空冷鋼），因?yàn)殍T鋼韌性比鑄鐵好，使用時(shí)不易嘣刃，且焊接修復(fù)容易。從成本控制方面考慮，我們可以采用球墨鑄鐵KSCD-800IS，因?yàn)镵SCD-800IS比ICD5便宜很多。需強(qiáng)調(diào)的是，廢料切刀和整形彎邊鑲塊采用KSCD-800IS時(shí)，主要應(yīng)用料厚在0.8mm以下的薄板。

結(jié)語(yǔ)

總之，設(shè)計(jì)出強(qiáng)度最好、工序最少、模具開發(fā)成本最低且生產(chǎn)出產(chǎn)品的材料利用率最高的模具結(jié)構(gòu)，是我們沖壓專業(yè)循序漸進(jìn)、不斷學(xué)努力的方向。對(duì)于國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)而言，要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中戰(zhàn)勝?gòu)?qiáng)大的對(duì)手，降低制造成本是必須的。

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