國內(nèi)汽車企業(yè)沖壓發(fā)展現(xiàn)狀及沖壓資源規(guī)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(jī)上的模具對板料施加外力，使之產(chǎn)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(shù)的發(fā)展，沖壓的概念正在逐步擴(kuò)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(shù)發(fā)展方向

汽車的車身、動力和底盤三大系統(tǒng)都和沖壓工藝密切相關(guān)，尤其是車身及底盤系統(tǒng)，幾乎都是由沖壓件焊接或裝配而成。隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車行業(yè)也迎來快速發(fā)展。巨大的市場需求刺激著汽車企業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)張，也帶動了沖壓零部件企業(yè)的快速發(fā)展。

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

圖2 “自制+外采”模式

國內(nèi)汽車企業(yè)沖壓發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)汽車企業(yè)在工藝技術(shù)、裝備提升等方面的投入都是圍繞著“高質(zhì)量、高效率、低成本”的目標(biāo)而展開的。

工藝技術(shù)提升

⑴短工序技術(shù)應(yīng)用。為減少工序數(shù)量，降低生準(zhǔn)投資，提高生產(chǎn)效率，短工序技術(shù)在主機(jī)廠已經(jīng)得到成熟應(yīng)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(shù)應(yīng)用。充分利用設(shè)備，一模雙件已成為常規(guī)工藝，一模三件、四件（圖3）的工藝排布應(yīng)用也比較普遍，一模多件可最大限度的提高生產(chǎn)效率，如某乘用車車門外板一模四件，每分鐘產(chǎn)成品達(dá)72件。

圖3 某乘用車“一模四件”工藝

⑶高強(qiáng)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(zhì)的高強(qiáng)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(shù)是在白車身輕量化方面的一項(xiàng)重要創(chuàng)新，并已在一汽多款車型上得到應(yīng)用。

圖4 某車型側(cè)圍內(nèi)板加強(qiáng)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(fèi)、加工費(fèi)、設(shè)備工裝攤銷費(fèi)、人工費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等，而大型覆蓋件的材料費(fèi)占沖壓成本80%以上。通過提高材料利用率，可顯著降低生產(chǎn)成本，帶來可觀的收益。主要提升手段包括：設(shè)計(jì)開發(fā)階段的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、合理分塊等；工藝制造階段的精細(xì)下料、成形代拉延、淺拉延、開口拉延、余廢料再利用等。

⑸高強(qiáng)鋼應(yīng)用。國外乘用車的高強(qiáng)鋼應(yīng)用比例平均達(dá)到80%左右，商用車高強(qiáng)鋼應(yīng)用比例也在攀升。受輕量化和碰撞性能要求，國內(nèi)乘用車車身高強(qiáng)鋼應(yīng)用也有大幅提升，某國產(chǎn)乘用車高強(qiáng)鋼應(yīng)用比例達(dá)到59%，590MPa級別冷成形鋼成為標(biāo)配。國內(nèi)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(guī)的日趨嚴(yán)格，高強(qiáng)鋼在商用車駕駛室上的應(yīng)用會越來越廣，具體應(yīng)用案例如圖5所示。

圖5 國內(nèi)汽車高強(qiáng)鋼應(yīng)用

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

⑺熱成形應(yīng)用。近年來，熱成形工藝被廣泛應(yīng)用于乘用車車身結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件上，如A/B柱、門檻加強(qiáng)板、中通道、前圍下?lián)醢?、?后邊梁和門防撞梁等。直接和間接熱成形工藝在國內(nèi)商用車上也有應(yīng)用。

⑻內(nèi)高壓成形應(yīng)用。內(nèi)高壓成形技術(shù)在乘用車上已得到廣泛應(yīng)用，主要在底盤（前、后副車架、扭力梁等）、車身結(jié)構(gòu)件以及排氣系統(tǒng)，如圖6所示。

內(nèi)高壓成形技術(shù)在商用車上的應(yīng)用相對成熟，主要用在排氣系統(tǒng)、空濾器、緩速器、中冷器、進(jìn)氣管、過濾器支架等。其未來的應(yīng)用前景也比較廣，如發(fā)動機(jī)系管類零件、車橋橋殼等；梯形架、保險(xiǎn)杠、前下防護(hù)、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(yīng)用內(nèi)高壓成形工藝產(chǎn)品示例

⑼輥壓成形應(yīng)用。輥壓成形在乘用車上應(yīng)用主要體現(xiàn)在轎車車身和座椅系統(tǒng)。車身上典型輥壓成形零件包括：前后保險(xiǎn)杠、車門防撞梁、車門框、門檻加強(qiáng)板、頂蓋橫梁和風(fēng)窗下橫梁等，座椅系統(tǒng)輥壓成形零件主要是座椅導(dǎo)軌。

輥壓成形在商用車車身上的應(yīng)用相對較少，主要以玻璃導(dǎo)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(yīng)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(jié)構(gòu)。同時，隨著滾沖技術(shù)的發(fā)展，縱梁輥壓生產(chǎn)效率將進(jìn)一步得到提升。

設(shè)備設(shè)施升級

⑴生產(chǎn)設(shè)備自動化。汽車企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備正向深度自動化方向發(fā)展，其主要特點(diǎn)為自動化、工序短、節(jié)拍高、少人化、通用性強(qiáng)。

因市場、政策等因素影響，乘用車企業(yè)起步早，發(fā)展快。無論是設(shè)備技術(shù)水平、自動化程度、生產(chǎn)線節(jié)拍等都明顯領(lǐng)先于商用車企業(yè)。乘用車企業(yè)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用伺服沖壓技術(shù)，而商用車企業(yè)還主要以機(jī)械生產(chǎn)線為主。

為減少人工操作，提高生產(chǎn)效率，各汽車企業(yè)也在配套設(shè)施方面提高自動化水平，如自動換?？s短換模時間、端拾器自動更換及立體存儲、機(jī)器人自動裝箱、線首線尾AGV自動傳輸?shù)鹊龋瑥亩鴮?shí)現(xiàn)預(yù)裝、物流等輔助端的高效率、少人化。

新建沖壓廠房可實(shí)現(xiàn)自動化的整體規(guī)劃布局。但建廠早、自制率高的企業(yè)，早期工藝布局設(shè)計(jì)復(fù)雜，且運(yùn)行多年，設(shè)備狀態(tài)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(yè)發(fā)展必須面對的難題。本著精益投資的原則，未來主機(jī)廠將集中資源對自制產(chǎn)品的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行投入，部分具備改造價值的生產(chǎn)線及設(shè)備進(jìn)行自動化升級改造，老舊生產(chǎn)線及設(shè)備隨產(chǎn)品的剝離進(jìn)行處置，逐步降低自制率。

⑵生產(chǎn)裝備信息化。信息技術(shù)在制造領(lǐng)域的快速發(fā)展，也為沖壓生產(chǎn)制造帶來便捷，為少人化提供途徑。主流主機(jī)廠已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)后序生產(chǎn)需求、原材料進(jìn)貨、產(chǎn)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(tǒng)，也將在配套設(shè)備上實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，使生產(chǎn)安排更高效、更合理。

⑶生產(chǎn)工藝數(shù)字化。國外數(shù)字化仿真技術(shù)相對成熟，國內(nèi)近年來也開始打造建立3D數(shù)據(jù)共享重用的工藝工作環(huán)境，搭建全三維的數(shù)字化虛擬工廠（圖7），實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境下的工藝設(shè)計(jì)、仿真、虛擬調(diào)試等功能，從根本上提升質(zhì)量、縮短周期、降低成本。

圖7 數(shù)字化應(yīng)用途徑

能力基線建設(shè)

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

⑵同步工程。主機(jī)廠已具備一定的技術(shù)能力，能夠同步開展工藝設(shè)計(jì)工作，部分乘用車主機(jī)廠具備自行設(shè)計(jì)DL圖、結(jié)構(gòu)圖的能力。

圖8 能力基線與制造關(guān)系

⑶質(zhì)量。國內(nèi)主機(jī)廠對歐系、日系、美系的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都有充分吸納，對質(zhì)量控制策略已有巨大進(jìn)步。結(jié)合模擬分析手段，主機(jī)廠開始實(shí)現(xiàn)精確控制質(zhì)量狀態(tài)，提升質(zhì)量穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高效工裝開發(fā)與驗(yàn)證。

⑷效率。由于市場競爭加劇，為更早搶占市場，各汽車企業(yè)新車型的推出周期逐漸縮短，單一車型的生準(zhǔn)周期也同步被壓縮。一些主機(jī)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(jī)加制造水平和供應(yīng)商管理水平的提升，模具開發(fā)費(fèi)用逐年下降。同時， 各主機(jī)廠也在致力于工藝技術(shù)能力和自主調(diào)試能力的提升，自制新產(chǎn)品的DL圖設(shè)計(jì)和到廠調(diào)試全部自行完成，將進(jìn)一步壓縮生產(chǎn)周期，降低生準(zhǔn)成本。

⑹裝備?！肮び破涫?，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(chǎn)經(jīng)營的重要工具和手段。設(shè)備的綜合可動率等指標(biāo)的提升，將為順利生產(chǎn)提供重要保障。

⑺工業(yè)工程。工業(yè)工程IE是集技術(shù)與管理于一體的科學(xué)，可以對由人員、物料、設(shè)備、能源及信息組成的集成系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、改善和設(shè)置。目標(biāo)是運(yùn)用人、機(jī)、料做最有效的組合，達(dá)成最有效的產(chǎn)出。

沖壓資源規(guī)劃

未來，汽車企業(yè)將持續(xù)推進(jìn)“自制+外采”模式，在自制業(yè)務(wù)上重點(diǎn)投入的同時，也要求合作的零部件企業(yè)同步實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、低成本的制造。零部件企業(yè)在結(jié)合企業(yè)自身特點(diǎn)的同時，也要適應(yīng)主機(jī)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(yè)要具備以下能力。

設(shè)計(jì)開發(fā)能力

為適應(yīng)主機(jī)廠對沖壓件的質(zhì)量、效率、成本需求，近幾年供應(yīng)商前期介入發(fā)展迅速，也應(yīng)具備一定的工藝設(shè)計(jì)和二次開發(fā)能力等。

質(zhì)量保障能力

主機(jī)廠對零部件企業(yè)的質(zhì)量體系認(rèn)可越來越重視，也越來越正規(guī)。完備的質(zhì)量體系是保障沖壓件合格、穩(wěn)定的重要前提，零部件企業(yè)既要滿足主機(jī)廠的質(zhì)量管理要求，也要具備常規(guī)的檢測檢驗(yàn)?zāi)芰唾|(zhì)量改進(jìn)和升級能力。

成本控制能力

隨著市場競爭的激烈和主機(jī)廠成本控制的需求，要求各零部件企業(yè)從管理、效率等方面挖掘改善，提供質(zhì)優(yōu)價廉的沖壓產(chǎn)品。

模塊加工能力

為降低成本，主機(jī)廠外采產(chǎn)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(yè)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(fèi)者對定制化、個性化汽車的需求，促進(jìn)多品種、小批量訂單數(shù)量的增多。這部分生產(chǎn)需求往往會擴(kuò)散到零部件企業(yè)。這就要求零部件企業(yè)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(yàn)?zāi)芰Φ龋詽M足主機(jī)廠周期短、變化快，要量少的采購需求。

新技術(shù)產(chǎn)品加工能力

隨著熱成形、內(nèi)高壓成形、輥壓成形等工藝（圖9）在車身上的廣泛應(yīng)用，該部分技術(shù)需求也越來越大。主機(jī)廠將重點(diǎn)放在前期的預(yù)研、試制及驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，而批量供貨往往會依托零部件企業(yè)實(shí)現(xiàn)。

圖9 新技術(shù)應(yīng)用

結(jié)束語

隨著國家對汽車行業(yè)外資股比限制政策的取消，國內(nèi)汽車企業(yè)面臨的形勢更加嚴(yán)峻，壓力也必然會傳遞到零部件企業(yè)。沖壓件作為汽車的重要組成部分，如何實(shí)現(xiàn)沖壓加工的高質(zhì)量、高效率、低成本，對汽車沖壓企業(yè)和零部件企業(yè)都提出了更高的要求。