楊 律，龐高磊，黃 維

廣汽乘用車有限公司（廣東廣州 511434）

1 引言

在激烈的汽車市場的競爭中，某些車型會脫穎而出，銷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他車型。而單一車型產(chǎn)銷量飆升，帶來是汽車覆蓋件模具生命周期內(nèi)沖次數(shù)超出設(shè)計(jì)壽命的情況，模具可能出現(xiàn)多種失效的形式及生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。為了滿足市場的增量需求，分擔(dān)產(chǎn)能需求和降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，需要對現(xiàn)有量產(chǎn)中的模具重新開發(fā)復(fù)制一套用于替換逐漸老化磨損的量產(chǎn)模具。因此，復(fù)制模具開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性、必要性以及切換的模式是值得思考的課題。

本文以某一車型為例，總結(jié)了在模具沖次數(shù)超出模具壽命的2倍多的情況下，出現(xiàn)的主要的失效形式和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，并總結(jié)了復(fù)制模具開發(fā)的思路和切換生產(chǎn)的方案。

2 汽車覆蓋件模具失效風(fēng)險(xiǎn)的形式

2.1 型面/壓料面壓凹

隨著生產(chǎn)沖次數(shù)增加，模具表面壓凹的次數(shù)越來越多，制件品質(zhì)波動大，修復(fù)時(shí)間長難度大，給沖壓生產(chǎn)供件帶來極大的斷供風(fēng)險(xiǎn)。以某一車型翼子板拉伸模為例（見表1），壓邊圈壓料面多出壓凹，型面多處壓凹，制件品質(zhì)惡化嚴(yán)重。

表1 翼子板型面/壓料面壓凹分析

2.2 拉伸筋磨損

隨著生產(chǎn)沖次增多，尤其單批次生產(chǎn)量大，模具發(fā)熱嚴(yán)重，拉伸筋磨損加劇，型面損傷，材料流入量變化較大，造成品質(zhì)波動。在生產(chǎn)異常對應(yīng)中，通過調(diào)整壓力機(jī)參數(shù)、材料性能等要素維持制件品質(zhì)。并且對于模具本身可改善的手段有限，一些臨時(shí)生產(chǎn)對應(yīng)手段對模具本身會造成創(chuàng)傷，如果模具大修必將影響生產(chǎn)供件。模具后續(xù)生產(chǎn)會繼續(xù)發(fā)生變化，容易造成品質(zhì)異常，產(chǎn)生惡性循環(huán)。

對于深拉伸制件，其對流入量波動敏感，生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)大。例如側(cè)圍、翼子板、門板、行李箱內(nèi)外板等。以某車型前后門外板為例（見表2），生產(chǎn)將近50萬沖次的狀態(tài)與CAE設(shè)計(jì)分析狀態(tài)差異明顯，局部材料邊緣已經(jīng)流進(jìn)拉伸筋，起不到控料的作用，材料流入過多，制件面品惡化。

2.3 模具結(jié)構(gòu)裂紋

由于金屬材料性能以及模具結(jié)構(gòu)限制，模具本身具有一定設(shè)計(jì)壽命，沖壓模具不可能永遠(yuǎn)使用下去，當(dāng)超過壽命臨界點(diǎn)，模具可能損壞至無法正常安全生產(chǎn)的情況或者模具故障率直線飆升，生產(chǎn)效率低，無法正常保障供件需求。

將模具結(jié)構(gòu)劃分為4大塊：上模本體、下模本體、壓料板/壓邊圈、插刀機(jī)構(gòu)/滑車機(jī)構(gòu)。針對模具受力部分、薄弱部分、易損部分進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，并進(jìn)行探傷檢查，詳細(xì)記錄裂紋數(shù)據(jù)，實(shí)施趨勢化管理。在發(fā)生微小裂紋的情況下，提前做對策，防止惡化，適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)加固，延長模具使用壽命，減少量產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

某一車型累計(jì)生產(chǎn)超過130萬輛，遠(yuǎn)超出模具設(shè)計(jì)壽命的2倍多。借此機(jī)會，給出近距離直觀觀察到模具可能出現(xiàn)的疲勞斷裂的案例，經(jīng)過專項(xiàng)的跟蹤，整理出模具出現(xiàn)裂紋重點(diǎn)區(qū)域簡介，如表3所示。

2.4 鍍鉻失效風(fēng)險(xiǎn)

在高速沖壓生產(chǎn)過程中，模具和制件會產(chǎn)生巨大的沖擊和摩擦，模具和材料上容易產(chǎn)生拉傷和燒壞等不良現(xiàn)象，增加制件的返修和報(bào)廢率。汽車外覆蓋件模具通常選擇表面鍍鉻提升模具的光潔度、硬度、耐磨和耐腐蝕性能，保證模具穩(wěn)定生產(chǎn)，提升制件品質(zhì)和生產(chǎn)效率。

鍍鉻的原理是通過電化學(xué)方法在固定表面沉積一層鉻合金的過程。在高速生產(chǎn)的過程鉻層也會磨損脫落，通常壽命在10萬沖次。鉻層脫落后需要重新鍍鉻，鍍鉻的次數(shù)越多鉻層的附著力變差（見表4），按照經(jīng)驗(yàn)值鍍鉻次數(shù)通常在7以內(nèi)，效果比較理想，超過7次后，鉻層很容易脫落或者鍍鉻失效，達(dá)不到保護(hù)型面的作用，生產(chǎn)效率大大降低保證不良大批量的生產(chǎn)。因此，對應(yīng)受力大的部位來說，在模具生產(chǎn)了約70萬沖次后，鍍鉻可能會失效，維持不了大批量生產(chǎn)的需求，生產(chǎn)供件的風(fēng)險(xiǎn)變大。在某一車型上，對模具鍍鉻進(jìn)行了持續(xù)跟進(jìn)，結(jié)果驗(yàn)證表明：脫鉻破壞基體原子組織序列，鍍鉻次數(shù)增多破壞模具型面，鍍鉻次數(shù)受限，鍍鉻次數(shù)超過7次，鍍鉻失效的風(fēng)險(xiǎn)較大，影響模具大批量生產(chǎn)。

表2 前后門外板流入量對比

表3 模具裂紋損壞統(tǒng)計(jì)

表4 鍍鉻次數(shù)對基體的影響

2.5 模具老化，維保工時(shí)長

當(dāng)模具超過一定的使用壽命周期后，生產(chǎn)數(shù)量與維保時(shí)間是正相關(guān)。模具老化后，模具故障率急劇上升，生產(chǎn)效率下降，很難維持正常的產(chǎn)量。以某一車型量產(chǎn)模具后期為例：

（1）某一車型車型模具點(diǎn)檢周期：OP10工序?yàn)槊?萬沖次點(diǎn)檢1次；后工序模具為每2萬沖次點(diǎn)檢1次。

（2）OP10能在8h的生產(chǎn)間隔時(shí)間內(nèi)完成點(diǎn)檢。

（3）后工序一般需要分兩次（約16h）才能完成，完成一組制件需要4天時(shí)間，完成10組制件需要40天的時(shí)間完成一個輪回（此處還不考慮點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)異常時(shí)的維修時(shí)間），因此后工序模具無法實(shí)現(xiàn)深度保養(yǎng)檢查，出現(xiàn)突發(fā)問題維修保養(yǎng)時(shí)間不足，給生產(chǎn)供件帶來嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。

3 模具使用壽命差異和復(fù)制模具開發(fā)的思路

當(dāng)單一車型生產(chǎn)數(shù)量超出模具使用壽命時(shí)，為了維持正常生產(chǎn)，確保量產(chǎn)安全，就必須對老化出現(xiàn)損壞的模具進(jìn)行復(fù)制切換。模具屬于非標(biāo)工裝，每副模具使用材料、工藝排布和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著差異，因此每副模具使用壽命存在一定的差異。但是每副模具設(shè)計(jì)時(shí)都需要保證最低的使用壽命，表5為行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。

由于每副模具使用壽命存在差異，因此每副模具在出現(xiàn)疲勞損害或失效的節(jié)點(diǎn)可能不一樣。那么，模具復(fù)制的模式也存在多種不同的方案，各種方案都存在各自的優(yōu)勢和不足。大致分為以下3種可行方案：

（1）方案一：零部件單獨(dú)復(fù)制開發(fā)。每副模具由各種零部件裝配而成，零部件的使用壽命各有差異。因此可以通過復(fù)制開發(fā)出現(xiàn)損壞或者有風(fēng)險(xiǎn)的零部件進(jìn)行組裝替換，達(dá)到延長模具生產(chǎn)使用壽命的目的。適合產(chǎn)量超出使用壽命1.5倍以內(nèi)的情況，優(yōu)勢：對制件精度影響較少，有效縮短調(diào)試周期，達(dá)到快速切換效果。

（2）方案二：單工序模具整套復(fù)制開發(fā)。每組制件的模具最多由4個工序組成（拉伸/修邊/沖孔/整形），每工序模具由于工藝排布和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異，模具壽命差異較大。本方案只復(fù)制出現(xiàn)損害或者風(fēng)險(xiǎn)較大工序的整套模具。適合產(chǎn)量超出使用壽命1.5倍以內(nèi)并且模具調(diào)試時(shí)間不足的情況選擇，需要前后工序匹配調(diào)試和精度調(diào)試。

（3）方案三：全工序同步開發(fā)，同一個制件全序模具全部復(fù)制，適合產(chǎn)量超出使用壽命2倍以上的情況。優(yōu)勢：減少品質(zhì)、精度匹配次數(shù)，對量產(chǎn)模具做變化點(diǎn)小，量產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)最??；但是成本最高/周期最長，需更早策劃。

以下為3種復(fù)制方案在質(zhì)量（Q）、成本（C）、周期（D）、調(diào)試方式（M）各有優(yōu)劣（見表6），根據(jù)實(shí)際情況，選擇最佳的復(fù)制方案，方能事半功倍，給企業(yè)創(chuàng)造最大價(jià)值。

表5 模具設(shè)計(jì)使用壽命參考

（2）行業(yè)內(nèi)交流：①沖壓模具屬單件生產(chǎn)，不同于標(biāo)準(zhǔn)件依靠設(shè)備進(jìn)行大量重復(fù)性疲勞耐久試驗(yàn)；②模具設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工作主要參考筋板和材料選用標(biāo)準(zhǔn)。

表6 方案優(yōu)劣分析對比

通過在累計(jì)生產(chǎn)超過130萬沖次的某一車型車型上摸索，大致總結(jié)出模具損壞失效的形式和實(shí)際使用壽命。將汽車覆蓋件劃分為A、B、C、D 4大類，可達(dá)到使用壽命對應(yīng)為50萬/80萬/100萬/150萬沖次4檔（見表7），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

表7 汽車覆蓋件模具壽命參考

因此，可以根據(jù)車型壽命周期內(nèi)預(yù)估產(chǎn)量，針對各制件選用最合適的復(fù)制方案。根據(jù)各制件的使用壽命情況制定復(fù)制模具切換的節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)復(fù)制制造周期反推出來啟動復(fù)制的節(jié)點(diǎn)。在做決策時(shí)，這兩個節(jié)點(diǎn)非常重要，守住這兩個節(jié)點(diǎn)可以確保復(fù)制模具發(fā)揮最大的價(jià)值，同時(shí)確保量產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)可以將降到最低。

以A類制件側(cè)圍外板為例（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)實(shí)際使用壽命約50萬沖次），結(jié)合生產(chǎn)模式和單一車型預(yù)計(jì)產(chǎn)量，復(fù)制模具的開發(fā)方式（見表8）和重要節(jié)點(diǎn)可以參考以下方式：①生命周期內(nèi)產(chǎn)量≤50萬，模具不用復(fù)制；②生命周期內(nèi)產(chǎn)量50～80萬，建議損壞或者風(fēng)險(xiǎn)較大的部件復(fù)制或者單工序復(fù)制，在50萬沖次前后進(jìn)行切換，大約在生產(chǎn)了25萬沖次時(shí)就需要啟動模具復(fù)制了；③生命周期內(nèi)產(chǎn)量＞80萬，建議全序同步復(fù)制。在50萬沖次前后進(jìn)行切換，大約在生產(chǎn)了20萬沖次時(shí)就需要啟動模具復(fù)制了。

4 復(fù)制模具制造策略

量產(chǎn)模具經(jīng)過充分、深度、大批量的生產(chǎn)驗(yàn)證，可以暴露出來量產(chǎn)模具固有的設(shè)計(jì)缺陷。復(fù)制模具進(jìn)入制造環(huán)節(jié)后，應(yīng)該吸收量產(chǎn)模具的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在工藝或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行源頭上進(jìn)行針對性改善，提高模具生產(chǎn)穩(wěn)定性和提升制件品質(zhì)狀態(tài)。

4.1 量產(chǎn)模具型面掃描

量產(chǎn)模具經(jīng)過調(diào)試和生產(chǎn)驗(yàn)證，制件面品達(dá)到較優(yōu)的狀態(tài)，制件精度對裝車無不良影響。通過掃描量產(chǎn)模具把握真實(shí)狀態(tài)（見圖1），通過數(shù)據(jù)分析，直接體現(xiàn)在復(fù)制模具加工數(shù)據(jù)上，可以快速恢復(fù)至量產(chǎn)模具的狀態(tài)，縮短調(diào)試周期。這樣復(fù)制模具的精度狀態(tài)更接近量產(chǎn)模具，制件互換性更好。

圖1 模面掃描分析數(shù)據(jù)

表8 復(fù)制模具開發(fā)思路說明

4.2 充分利用SA問題改善

通過總結(jié)量產(chǎn)模出現(xiàn)的SA問題點(diǎn)，在復(fù)制模具開發(fā)中體現(xiàn)改善對策，將調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的問題點(diǎn)在源頭解決掉，減少問題點(diǎn)數(shù)量，達(dá)到快速切換的目標(biāo)，如表9所示。

5 復(fù)制模具調(diào)試切換策略

復(fù)制模具的首要使命是快速達(dá)到切換條件，分擔(dān)量產(chǎn)模具的產(chǎn)量，解決量產(chǎn)模具老化帶來生產(chǎn)效率低下的問題，減低供件潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，復(fù)制模具面臨如何快速達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)的調(diào)試難題，下面主要總結(jié)了以下幾方面：

（1）精度數(shù)據(jù)與量產(chǎn)件基本保持一致，以裝車結(jié)果為導(dǎo)向。復(fù)制模具精度單品制件精度調(diào)試過程中不要盲目追求更高的制件精度合格率，保持與量產(chǎn)狀態(tài)一致對整車的不良影響最小。因?yàn)樵谡嚿a(chǎn)制造環(huán)節(jié)復(fù)制模具屬于唯一的變量，為了減少其他制件的變更帶來的不確定因素。第一原則需要將復(fù)制模具的制件精度無限向量產(chǎn)制件靠攏。第二原則需要堅(jiān)持以裝車結(jié)果為導(dǎo)向進(jìn)行整改，復(fù)制模具生產(chǎn)出來的制件必須保證整車合格的前提。

表9 SA問題點(diǎn)對策落實(shí)

（2）模具良品條件做到位，快速削減生產(chǎn)模具故障率。復(fù)制模具的導(dǎo)入沒有新車型開發(fā)階段的產(chǎn)能爬坡階段，為了保證生產(chǎn)線每天的產(chǎn)量目標(biāo)要求和足夠的調(diào)試機(jī)時(shí)，復(fù)制模具本身的基礎(chǔ)工作要求更嚴(yán)苛，因此需要對模具各項(xiàng)良品條件確認(rèn)到位，確保上線生產(chǎn)故障率在容許的范圍內(nèi)。

（3）盡快達(dá)成鍍鉻條件并開展鍍鉻，面對產(chǎn)量快速爬坡。復(fù)制模具沒有特定的產(chǎn)能爬坡階段，為了滿足供件需求，每批次生產(chǎn)量非常大，為了更好的保護(hù)模具和確保生產(chǎn)穩(wěn)定性，需要在批量生產(chǎn)前達(dá)成鍍鉻條件并開展鍍鉻工作。

6 結(jié)束語

汽車沖壓復(fù)制模具是特定條件下的產(chǎn)物，為解決模具老化帶來的一系列生產(chǎn)性問題；為了正常保障生產(chǎn)供件，持續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值，它具有一定的迫切需求。因此，復(fù)制模具開發(fā)的思路和調(diào)試切換的策略顯得尤為重要，需要綜合考慮利益最大化和周期、風(fēng)險(xiǎn)等各方面的平衡。本文為需要開發(fā)復(fù)制模具的車型提供一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)和開發(fā)思路參考。