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对冲压成本控制的几点思考

汽车制造业成本居高不下是目前我国汽车行业面临的主要问题之一。汽车制造成本过高会严重制约产品在市场上的表现，也降低了企业的利润水平。但是，对汽车生产企业而言，降车价容易，降制造成本难。只有下大力气降低成本，才能真正提高竞争力，在市场经济的大潮中立足。

汽车车身由各种各样的钣金件通过焊接拼装而成，而这些零件基本都是通过冲压生产的。在一台汽车上，60%以上的零部件都是冲压件。在冲压件的成本中，材料费用一般占到60%以上。因此，探讨汽车冲压方面的成本控制措施，选择合适的冲压工艺、不断优化模具机构、合理选择模具材料和表面处理工艺、在模具开发上充分考虑材料利用率等，直接决定着汽车制造成本，对整车成本控制具有十分重要的意义。

冲压工艺选择上充分考虑经济性因素

冲压工艺的选择直接影响汽车冲压生产组织及零件制造成本，经济性的好坏体现冲压工艺方案的优劣。在合理选择冲压工艺方面，国内企业已经积累了不少经验，有很多措施可以利用来实现对成本的控制。

1．优先考虑在拉延模上安装切刀的工艺方案

减少冲压工序是控制冲压成本的一种重要途径。减少工序有多种方法，在拉延模上安装切刀就是其中之一。一些工件型面复杂，局部胀型严重，成形困难，如果直接用整块板料成形可能难度较大。如果开发落料模，不但增加模具投入，而且也增加了工序，从经济性角度考虑不合适。在工艺设计上，可以考虑在拉伸废料上冲制工艺切口。这样既可保证拉延成形，提高成形可靠性，又可以提高经济性。为方便模具调整和维修，切刀装置常采用可拆卸结构，并用废料不完全分离形式，使该部分和工件连在一起，和工件同时取出。需要注意的是，由于冲切时会有铁屑堆积，甚至可能落到钻井泵型面上影响产品质量，因此要注意及时擦净废屑。当然，高质量表面要求的汽车外覆盖件拉延应慎用此法。图1是一种相对典型的带切刀的拉延模。

图1 带切刀的拉延模

2．通过减小工艺辅助部分来提高材料利用率

冲压的目的是采用板料在压力（模具）的作用下将产品生产出来，只有最终留在产品上、构成产品的1般的夹具没法满足要求材料才真正有用，因此，努力提高冲压生产的材料利用率就成了冲压工艺设计与持电子万能实验机是机械加力、采取电子丈量技术丈量力学性能参数的实验机续改进的主要目的之一。对于大批量生产来说，提高板料的利用率是一件极有意义的事情。只要把材料利用率提高几个百分点，模具的成本就可能忽略不计。提高冲压生产的材料利用率，要从工艺方案制定、模具图纸会签及试模验收等源头抓起。在车型的开发中，应把材料利用率指标作为一项技术要求提出来，从模具设计制造源头上减少板材的消耗，避免或减少出现问题后再去补救的情况，这将有利于汽车的成本控制。

在模具的开发上，减小板材消耗的思路之一就是尽量减小（少）拉伸工艺辅助部分（面、坎和台等）的尺寸，尽量不布置模具的拉延筋或拉延槛。必须布置时，尽可能靠近零件的修边线，以减少模具外廓尺寸，增加材料利用率。

图2 改进前的状态

我公司某款车原左右翼子板护板拉延模就是因为工艺辅助部分设计过大而使材料的利用率偏低，经分析作如下改进：通过修模将凸模的两端辅助部分分别裁小50mm、30mm，将凹模与压边圈的相应部分补起来，相应向里挪动拉延筋的位置，用较小的板料生产出质量更高的产品，材料利用率由35.1%上升到40.8%，单件少用板材0.48kg。改进前、后状态见图2、图3。

图3 改进后的状态

3．尽量左右件共模生产

采用左右件共模生产不但更利于材料的成形，重要的是要比单件生产更能发挥节材效能。我公司在对图4所示零件的冲压工艺选择上，最初仅从成形性上选择而没有充分考虑到成本控制方面的因素，采用左右件分别拉伸成形，材料利用率为42.4%，而日本铃木采用左右件共模拉伸，材料利用率为55.6%，相对高出13.2%，每生产一件（左或右）要少消耗材料2.41kg，少开发4套模具，减少了工序数，降低了设备及人员的占用和资源消耗等。从成本控制的角度来看，两种方案的优劣比较明显。

图4 左右前门铰链加强板

能采用左右件共模生产的零件有很多（见图5），这些零件在模具开发时稍加留意就可实现。

图5 能采用左右件共模生产的零件

4．提高落料模的通用性

对同类外形零件需要先落料后生产时，通过持续改进，尽量采用通用落料模，这样可以减少落料模的开发，从而实现冲压成本控制的目的。

图6 通用无搭边落料模

我公司在针对某车型进行的冲压节料改进中，考虑到同类零件有大致相近的曲线外形，在落料模的开发上，充分考虑通用性，分别针对对称和非对称弧形板料，开发了弧度半径为5500mm和弧度曲线按试模样板的通用无搭边落料模各一套（模具的基本结构及排样见图6、图7和图8），每套落料模可完成6种零件（含左/右件）的落料工序，只需调整定位即可。

图7 对称板料的排样

图8 非对称板料的排样

从成本控制方面来看，具有很好的经济性。

不断优化/简化模具结构

一般情况下，模具结构越复杂，加工难度越大，制造成本越高，相应的价格也高。如果能在保证使用要求的前提下，不断优化甚至简化模具结构，那么模具的制造成本就可能降低，从而适当降低模具的开发成本。针对我公司目前的模具结构，有以下措施可以考虑：

1．取消自动化生产线模具的气动顶件装置

图9 装气动顶件装置的模具

在设计冲压模具时，为便于取料，往往安装气动顶料装置（见图9、图10）。对采用自动化生产的模具，由于担心可能的取件不畅，往往还保留该装置，事实上，这种气动顶料装置在实际生产过程中基本用不上，相对而言是一种浪费。安装气动顶料装置，考虑气缸采购、模具局部加工以及装配方面的成本将是一笔不小的数目。除少量模具因取件确实困难而必须保留气动顶升装置外，大部分用于自动化生产的模具都可以考虑取消该装置或用其他更简单的结构（如安装弹销等）取代。如果取消气动顶主机托管件装置，就能节省一笔开支，相应降低新车开发成本。

图10 气动顶件装置接头

2．改进模具上不必要的存放（缓冲）用氮气缸

现在有不少大型冲压模具的四角安装有氮气缸，以满足模具叠放及使用缓冲要求（见图11）。问题是该氮气缸价格昂贵，且比较大。据了解，一个直径15mm、总长30mm的氮气缸的价格约为1.5万元以上,一套模具安装4个至少需6万元。开发一个车型，按40套模具安装类似氮气缸的话，单这项花费就不低于240万元。此外，存放时处于下层的气缸长时间处于高度压缩状态，还存在一定的安全隐患。

图11 安装大氮气缸的模具

如果将该装置改为聚胺脂橡胶（+钢保护套），辅之以刚性存放块或小尺寸氮气缸（见图12），就可以节省大笔费用。

图12 改进后的缓冲存牛皮皮料放结构

3．取消翻转式或伸缩式气动定位装置

在传统的模具设计与制造中，考虑到定位与取件方便，在模具上往往设计伸缩式或翻转式气缸定位装置（见图13、图14）。在实际生产中，该装置并不实用，相反却因其结构相对复杂而使成本偏高。采用自动化线生产无需该装置，采用人工取件的生产方式时，人们更倾向于一般的、结构简单的普通定位板。取消该装置，使模具简单实用，成本更低。

图13 安装伸缩式汽缸的模具

图14 安装翻转式气缸的模具

合理选择模具材料及表面处理工艺

1．合理选择模具材料

模具材料的选择要坚持保证使用前提下的低价原则。在材料选择上，并非材料越高档越好。材料档次过高，一般意味着价格越高，模具的价格、新车的开发成本也越高，而且还关系到如何合理确定冲压生产纲领。使用寿命的要求直接影响到模具的结构设计及材料选择。我公司一般要以提高生产效力为核心求模具的使用寿命为60万冲次，但在目前多品种、中小批量生产的市场销售形势下，模具使用寿命继续按60万冲次的要求是否合理值得重新考虑，能否考虑降低为50万冲次甚至40万冲次？

丰田公司的拉延模材料主要采用球墨铸铁而不是目前我国国内流行的合金铸铁，就是从成本控制方面考虑所做的恰当选择。其原因在于球墨铸铁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较理想，而成本却比合金铸铁要低得多。考虑到铸钢成本高，丰田公司现已经大量采用基体与刃口一体化的铸铁材料作修边模，使模具的机加工成本大为降低。铸铁整体刃口只需经表面火焰淬火，就可直接用于几十万次寿命的薄板料修边模。

在我公司的汽车模具开发中，由于担心出现问题，总是强调选用尽可能好的材料，不断强化模具结构，这是无可厚非的，关键是要掌握一个“度”。如果过于强调“结实”，选用高端材料，可能会造成一定程度的浪费。比如在一次新车型模具招标采购中，我们希望废料切刀及整形弯边镶块用铸钢ICD5（或AMC5，日本牌号），因为铸钢韧性较铸铁好，使用时不易崩刃，且焊接修复容易，但在与模具制造厂家进行技术交流时，对方提出采用日本合金软水设备铸铁的KSCD-800IS，理由是ICD5较KSCD-800IS每公斤贵13元（人民币）。据了解，日本铃木公司生产WAGEN车时采用KSCD-800IS，使用效果良好。

2．慎用CVD/PVD/TD等模具表面处理工艺

目前使用可用于钢绞线实验（请于定货时注明）CVD/PVD/TD等模具表面处理工艺来对模具进行表面强化处理受到广泛重视，并有泛滥趋势。CVD/PVD/TD是基于不同原理的表面强化处理工艺，可以实现很高的表面硬度和耐磨性。日本铃木公司的很多模具尤其是高强度钢板拉延、冲切模也多用PCD/CVD/TD表面处理。但是，这些处理方式并非最优方案，不一定实用。影响这些处理工艺在模具上使用的首要原因是其高价格。据了解，目前市场上进行此类处理的价格大约在180～250元/kg，而汽车大型模具是按吨位计算的，即使是模具镶块，一件几十、甚至上百公斤也很普遍。

一套10t的模具，如果仅对其镶块进行表面强化处理，处理重量按1t计算，增加的投入为18～25万元，如果对一个车型几十套、上百套模具进行表面强化处理，其花费将是巨大的。

另外，这些表面强化处理必须在模具调试结束后进行，因为处理后往往无法再进行修正，这给模具使用带来一定风险，如果存在设计或工艺更改，往往只能重新制造。相比之下，我公司对现用高强度钢板模具的处理值得借鉴。该模具镶块材料选用Cr12MoV的相当材料，淬火硬度为HRC60～64，没有使用CVD/PCD/TD表面处理工艺，从目前使用情况来看，比预想效果好。在与具有较多高强度钢板模具制造经验的台湾宜捷、协欣模具公司的交流中得知，他们也不赞同对模具（包括高强度钢板模具）进行表面强化处理。

通常情况下，企业应当谨慎使用CVD/PVD/TD表面强化处理工艺。如果确实认为非如此处理不可，那也要控制处理量，并充分考虑一旦要进行设计或工艺更改时的补救措施。(end)