汽車覆蓋件沖壓模具工序數消減的實踐與展望

文/漆世澤·廣汽本田汽車有限公司

隨著我國汽車行業的不斷發展，汽車保有量逐年增加，人們對汽車行駛過程中節能環保的要求在不斷提高。汽車工廠在生產過程中污染排放和對生態環境的影響也備受關注。除此以外，汽車模具、檢具、夾具等工裝設備在制造過程中的節約環保理念也被推廣。

模具是產品批量生產的基礎，隨著模具鑄件材料、機床加工技術、電腦模擬設計等綜合實力的發展，模具領域的前沿技術正逐漸被推廣到實踐應用中。目前，部分日本汽車廠已經對汽車覆蓋件的沖壓模具進行了工序數消減的階段性推廣。通過對模具工序數的消減，進而減少模具在設計、制作、調試、加工等一系列工藝過程中的人員、設備、原材料等的投入，特別是節約了鑄件等原材料的使用及其后續回收，節省了生產過程中的能耗，并降低了模具在生產過程中產生的噪聲污染。通過借鑒并推廣這一新技術，可以為汽車產業科學發展，促進節能減排，建設資源節約型、環境友好型社會做出新貢獻。

對于車身覆蓋件及大型內部件的沖壓模具，由于各公司生產線壓力機機床及模具設計標準的差異，表現在模具工序數上也存在較大的差異。例如門內板零件，歐系模具工序數通常設定為5工序，模具主要筋板厚度為40～50mm、日系模具設定為4工序，主要筋板厚度為30～40mm。由于筆者任職于日系汽車公司，表1為日系部分模具工序數現狀和工序數消減推進目標的概要說明。

前期產品開發的準備

要實現模具工序數的消減，首先要有完善的零件開發標準和后續檢證體系，這樣在車型開發階段能夠對沖壓零件的造型進行檢證，在造型、模具設計、品質保證等整體目標中找到一個平衡點。擴大局部不必要堅守的棱線R角，可以減少模具的整形工序，如圖1所示。

圖1 開發檢證

對門內板零件包邊面根部棱線的R角造型進行檢證時，可以將過往造型的R角、過往模具制造和生產品質實際總結并預測出的可行性范圍作為參考。如果門內板零件的R角造型過小，則需要在模具設計中通過在拉延工序后追加整形工序的方案，引起工序數增加。如果外觀件發罩外板棱線的R角造型過小，可能會引起棱線滑移的外觀不良。所以在零件開發時應用已有的經驗數據庫進行必要的檢證和修正，為模具工序數消減做好鋪墊。

其次，為了實現工序數消減，在個別復雜零件的開發時，需要一邊對造型進行開發，一邊進行模具工藝和模具結構的設計。例如，翼子板零件的造型使得模具結構設計上存在較多的翻邊機構和退料機構。在零件的翻邊法蘭面的角度和長度設定時，就要檢證所有模具的CAM機構能否在一個工序內配置完成，并排除CAM之間干涉的可能性，同時也要確保設計出來的模具尺寸和噸位能滿足對應壓力機設備的能力要求。通過一邊進行造型開發，一邊進行模具設計的檢證方式，可以有效確保模具工序數的消減。

表1 部分模具工序數概要說明

模具設計

為了實現工序數消減，在模具工藝設計上需要提前進行工藝布局。對于車身覆蓋件，以側圍外板零件為例，從鋼板坯料到成品，需要經過①拉延、②修邊、③整形、④翻邊、⑤沖孔等工序過程。在模具實施工序數消減的時候，則需要將這5個工序全部配置到3個工序中。經過工序壓縮后的模具工序可以進行如下配置：第1工序拉延、第2工序整形修邊及沖孔、第3工序整形翻邊及沖孔，將原來5個工序完成的功能壓縮到3個工序上完成。圖2將整形、切邊及退料的簡易過程進行了示例說明。

圖2 模具工序壓縮示例

在結構設計上，由于工序壓縮大量使用了斜楔CAM結構，將修邊、整形、翻邊、沖孔盡量集約到一個工序內完成。同時，為了保證工序件在加工后，退料和取件的順利完成，需要大量使用氣動結構。另外由于模具集成度高，為了達成每個工藝步驟需要的負荷壓力以及負載平衡，需要大量使用氮氣缸。當然，模具工序消減、模具結構集約化以后，模具活動塊增多，模具局部的強度要求提高。

所以，綜合來說模具工序數能夠消減是車型開發、模具設計以及生產實踐等多方面經驗的積累，并得益于電腦輔助設計和先行模擬檢證水平的提升、模具鑄件原材料和機床加工技術的進步、模具標準配件的規范化及其配套品質的提升等整個模具行業水平的提升。

表2 模具工序數消減引起新增難題

不足之處

模具工序數消減后會在模具制造方面形成一系列的節能環保優勢。這一新技術的應用在模具設計方面，通過電腦輔助模擬設計成三工序，并不存在太多難題。真正的難點在于集約化模具在生產過程中的穩定性、產品品質的可靠性和模具維修保養的便利性。

表2總結了模具工序數消減后，首次模具在投產初期的主要問題點，其新增的問題項目主要分布在模具維修保養和模具在線生產兩大方面。

改善方案和展望

模具工序數消減的初次應用給生產現場帶來了一定的影響，但是隨著各崗位在各生產階段不斷積累經驗和技術更新，這一技術正日漸成熟。例如，模具保養方面可以通過人員培訓和標準化操作規程加強，維修保養工時可以控制在相對合理的范圍內；模具強度方面則根據使用經驗，在鑲塊局部增加厚度并優化受力結構，也能夠有效解決問題。總之，通過生產現場的不斷習熟適應，并將實踐的經驗總結后反饋給下一車型，可以使模具設計最終能夠滿足生產需要，模具稼動率也會不斷升高，故障率也會逐漸下降。

目前，模具工序數消減這一新技術已逐漸成為較為成熟的節能環保和消減成本的對策。現在，根據車型的造型特點進行選擇性使用，并已成為一項持續推進、不斷優化完善的關鍵技術。隨著我國汽車行業的不斷發展，模具制造領域必然不斷涌現出許多節能減排、資源節約、環境友好的新方向，而模具工序數消減則是一個非常值得推薦的新技術。