探討降低汽車模具開發(fā)成本的方法

文／底曉煒，劉君君，周坤，謝?！て嫒鹕逃密?安徽)有限公司

汽車市場現(xiàn)狀

車市銷售情況

通過乘聯(lián)會官網(wǎng)發(fā)布的2019 年全年銷售數(shù)據(jù)統(tǒng)計，乘用車全年累計銷售達2069.8 萬輛，同比下降7.4%。其中轎車全年累計銷售1014.4萬輛，同比下降9.1%，MPV 全年累計銷售137.2 萬輛，同比下降18.2%，SUV 全年累計銷售918.2 萬輛，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帶來了新的壓力，中汽協(xié)發(fā)布2020 年2 月份中國汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，2 月乘用車產(chǎn)銷分別完成19.5 萬輛和22.4 萬輛，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 萬輛和8.6 萬輛，同比下降66.9%和67.1%。

開發(fā)成本降低的意義

在國產(chǎn)自主品牌汽車中，像奇瑞、長城、吉利、長安等主機廠每年都會開發(fā)新車型，因為自主品牌更新?lián)Q代的速度太快，不像國外的大企業(yè)，一款車型能賣上百萬臺或是很多年；新產(chǎn)品的開發(fā)中會涉及到汽車模具、內(nèi)外飾、電氣電路、產(chǎn)品設計等模塊的開發(fā)，往往一個新車型的開發(fā)費用就需要6 ～10 億元。而新車型模具的開發(fā)往往就需要2.5 ～4 億元的資金。在目前國內(nèi)汽車銷售市場競爭如此激烈的環(huán)境下，如果主機廠其他車型銷量不多或者研發(fā)資金不充足的話，勢必會影響到公司下一步的發(fā)展計劃，所以在新車型的開發(fā)中降低研發(fā)成本對公司有著非常重要的意義。

模具降本的種類

模具開發(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)工藝設計方案及新設備新材料的應用等整個車型設計開發(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，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）。在車身設計過程中，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)、不合理會給沖壓的成形性（工藝的復雜程度）、材料利用率帶來非常大的影響，由于成形性不好，原本四序模具可以生產(chǎn)出來的制件，就可能需要五序才能實現(xiàn)，大大增加了模具投入成本及后期的生產(chǎn)費用。

質(zhì)量及量綱要求

根據(jù)公司戰(zhàn)略綱領計劃，考慮模具使用壽命(30萬/50 萬/100 萬件），質(zhì)量權(quán)衡(質(zhì)量等級）相應調(diào)整模具強度及工序數(shù)，減少投資浪費(參照日系標準，如圖2 所示）。

套模工藝的應用

圖2 新的結(jié)構(gòu)標準

套模工藝使用的目的就是降低開發(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，實現(xiàn)模具費用、沖壓費用的降低和材料利用率的提升，如圖3 所示。

淺拉延方式的應用

沖壓工藝設計過程中，利用壓料面的隨形設計，降低拉延深度，減少工藝補充，從而減小板料尺寸，可以有效提升材料利用率，同時淺拉延工藝的運用，使拉延、修沖、整形序模具的大小和噸位得到了有效的控制，從而降低了模具開發(fā)成本。

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

圖3 套模工藝的應用

圖4 淺拉延工藝要點示意

降低模具高度

在滿足工藝性及設備需求下，結(jié)合生產(chǎn)布點排產(chǎn)，合理的降低模具高度，可有效降低模具開發(fā)成本。圖5 所示為我司某車型車門內(nèi)板優(yōu)化圖，通過對拉延深度、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，降低了開發(fā)成本。

圖5 優(yōu)化壓料面和拉延深度

合并工藝應用

合并工藝就是將兩個或多個形狀相同或不同的零件合并在一起同時加工，在實際生產(chǎn)中有意識地運用這一技巧，可以解決一些工藝問題，取得非?？捎^的技術(shù)經(jīng)濟效益。以我司某車型輪罩內(nèi)板為例，輪罩內(nèi)板分件(4 件）設計改為合件(2 件）設計，減少了五套模具的開發(fā)(圖6），節(jié)省模具重量18 噸，一次性模具開發(fā)成本節(jié)約幾十萬元；鋼材利用率提升22%，單車節(jié)省鋼材9.284 元，制造沖次費節(jié)約5.331元/臺。

圖6 輪罩內(nèi)板合并工藝

成形工藝應用

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

一模多件開發(fā)

圖7 通過傳統(tǒng)拉深方式實現(xiàn)的零件

圖8 通過落料方式實現(xiàn)的工藝

圖9 一模多件開發(fā)

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

工藝設計模面優(yōu)化

通過CAE 軟件的分析，在分模線、坯料線、拉延筋等方面進行優(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，減少零件工藝補充面、應用敞口拉延、刺破等工藝減小模具尺寸(圖10），實現(xiàn)模具噸位降低的目的。

圖10 模面優(yōu)化

擺剪/弧形刀/鋸齒刀的應用

在新車型的開發(fā)中，各主機廠為了提高整車的材料利用率，擺剪、弧形刀、鋸齒刀被大量運用到實際生產(chǎn)中，在提高材料利用率的同時，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

在模具設計階段，結(jié)合零件外觀造型可對拉深模進行結(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)，此材料采購價格較貴，通過分體式設計，模具的工作部分與非工作部分運用不同的材質(zhì)（圖12），可實現(xiàn)模具材質(zhì)采購價格及模具重量降低的目的。同時，通過相關(guān)軟件進行疲勞模擬，分體式結(jié)構(gòu)的疲勞強度滿足安全標準。

新材料的應用

圖11 鋸齒刀工藝的應用

圖12 分體結(jié)構(gòu)設計

新材料主要是指激光拼焊板、碳纖維、高強度板，這些材料在車身上的應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，如減少外圍加強件的數(shù)量、減少相應的零件數(shù)量、降低模具開發(fā)的一次性投入成本和后期的沖壓費用。同時新材料的應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)品強度、質(zhì)量穩(wěn)定、降低開發(fā)成本等特點，被越來越多地應用到現(xiàn)代汽車生產(chǎn)制造中，提高了整車車身的安全系數(shù)。

新設備的應用

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

結(jié)束語

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