孫祖團(tuán)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

沖模是完成汽車零部件成形、實(shí)現(xiàn)汽車量產(chǎn)化的關(guān)鍵裝備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%以上的汽車零件需要采用模具成形，其中需要使用的沖模就有1 000副以上。整車開發(fā)的三維模型需要沖模成形具體的零部件，沖模的設(shè)計(jì)制造是新車型開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，其成本占整車開發(fā)的50%以上，因此降低沖模的開發(fā)成本具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。以下從模具零件材料選用、標(biāo)準(zhǔn)件選擇、模具結(jié)構(gòu)筋條厚度、模具備件、沖壓工藝和拉深模上模分體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面提出了降低汽車沖模開發(fā)成本的方法。

1 成本控制措施

1.1 模具零件選材

目前模具零件材料的選擇大多基于國外的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，基于年產(chǎn)50萬件甚至更高的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選材，而實(shí)際生產(chǎn)的車型達(dá)不到該產(chǎn)量，出現(xiàn)大量的性能冗余，選擇價(jià)格較貴的模具零件材料會(huì)導(dǎo)致模具成本增加。如某車型覆蓋件沖壓鈑金，原方案的拉深模上模、壓邊圈和凸模的材料均使用GM338，下模座使用HT300。經(jīng)過論證后發(fā)現(xiàn)使用價(jià)格更低的GM246替代GM338也能滿足模具的量產(chǎn)需求。根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出1副全新車型覆蓋件沖模的GM338材料用量約250 000 kg，按GM338材料1.8萬元/噸、GM246材料1.5萬元/噸的單價(jià)計(jì)算，更換材料后可節(jié)約模具開發(fā)成本250×(1.8-1.5)=75萬元。因此在滿足主機(jī)廠量產(chǎn)的要求下，合理地選用沖模材料，可有效節(jié)省開發(fā)成本。

1.2 模具標(biāo)準(zhǔn)件

模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具的重要組成部分，其專業(yè)化生產(chǎn)和商品化供應(yīng)促進(jìn)模具工業(yè)的發(fā)展。由于標(biāo)準(zhǔn)件可以大批量生產(chǎn)，單件成本低，易于采購和維修更換，有利于縮短模具開發(fā)周期，降低零部件采購成本及備品備件費(fèi)用。由于標(biāo)準(zhǔn)件品牌多，質(zhì)量參差不齊，價(jià)格也不盡相同，需要根據(jù)企業(yè)實(shí)際進(jìn)行合理選擇。原來沖孔凸凹模、耐磨板、標(biāo)準(zhǔn)斜楔、導(dǎo)柱導(dǎo)套、氣缸和氮?dú)鈴椈傻葮?biāo)準(zhǔn)件選用的品牌就有6個(gè)，不利于集約管理。經(jīng)過調(diào)研評估，在確保模具質(zhì)量和使用壽命的前提下，采用推薦清單制度，根據(jù)沖壓零件的不同要求推薦不同的標(biāo)準(zhǔn)件品牌，由供應(yīng)商自主選擇，某主機(jī)廠模具標(biāo)準(zhǔn)件品牌推薦如表1所示。這種方式也可降低模具供應(yīng)商的制造成本，提高模具供應(yīng)商的利潤，間接地降低主機(jī)廠的沖模開發(fā)成本。

表1 某主機(jī)廠模具標(biāo)準(zhǔn)件品牌推薦表

1.3 模具筋條厚度

汽車沖模的筋條厚度影響模具的整體質(zhì)量，筋條越厚，模具質(zhì)量越重，材料成本越高，因此沖模筋條的厚度也是影響模具開發(fā)成本的重要因素之一。主機(jī)廠應(yīng)根據(jù)市場定位及車型年產(chǎn)量，劃分不同等級的模具，制定不同的模具筋條厚度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前上汽通用五菱汽車股份有限公司模具等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：年產(chǎn)量≤10 000臺歸類為簡易型模具；年產(chǎn)量在10 000～100 000臺歸類為經(jīng)濟(jì)型模具；年產(chǎn)量在100 000～500 000臺歸類為標(biāo)準(zhǔn)型模具；年產(chǎn)量＞500 000臺歸類為高量產(chǎn)型模具。根據(jù)模具等級制定不同的模具筋條設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1和表2所示。

圖1 拉深模

表2 不同類型的拉深模筋條設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) mm

1.4 模具備件

汽車沖模的易損件主要有凸模、凹模套、凸模固定板、螺旋彈簧、氮?dú)鈴椈?、氣缸、耐磨板等。主機(jī)廠在開發(fā)汽車模具工裝招標(biāo)時(shí)，為了保證模具在量產(chǎn)過程中易損件損壞后能快速修復(fù)并恢復(fù)生產(chǎn)，簽訂合同時(shí)會(huì)要求模具供應(yīng)商提供相應(yīng)的備件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，開發(fā)1副全新車型沖模的備件總費(fèi)用約100萬元。隨著主機(jī)廠車型的日益增加，沖壓車間模具備件管理出現(xiàn)新的難題，主要體現(xiàn)在：①模具備件的種類過多，且同一類型的標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格存在差異，例如孔徑為φ10 mm的凸模有10.01、10.03 mm等多種規(guī)格；②由于部分車型產(chǎn)量低，導(dǎo)致模具耐磨板和氮?dú)鈴椈傻葌浼牧枯^少，最終導(dǎo)致庫存積壓嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)踐證明，通過項(xiàng)目平臺化可以減少鈑金開孔類型，相應(yīng)地也能減少凸模和凹模套的種類和規(guī)格；建立主機(jī)廠的沖模標(biāo)準(zhǔn)件庫，要求模具供應(yīng)商優(yōu)先使用標(biāo)準(zhǔn)件庫中的標(biāo)準(zhǔn)件型號，同樣可以減少標(biāo)準(zhǔn)件的類型；主機(jī)廠與標(biāo)準(zhǔn)件廠家戰(zhàn)略合作實(shí)現(xiàn)備件庫存前移，可以實(shí)現(xiàn)零庫存?zhèn)浼?。沖模備件采購施行一系列標(biāo)準(zhǔn)化管理后，單一車型成本可節(jié)省50萬，如表3所示。

表3 某車型部分模具備件優(yōu)化前后費(fèi)用對比

1.5 工藝優(yōu)化

得益于CAE技術(shù)的不斷發(fā)展，可對坯料形狀尺寸進(jìn)行優(yōu)化，提高材料利用率。借助數(shù)值模擬技術(shù)還可以對成形過程進(jìn)行優(yōu)化，減少?zèng)_壓工序數(shù)不僅能使模具數(shù)量減少，還能降低生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸?shù)瘸杀?，提高生產(chǎn)效率。某車型的前門外板經(jīng)過工藝優(yōu)化后，由原來的4道工序改為3道工序，如圖2所示，通過工藝的優(yōu)化減少了1副模具的開發(fā)成本。

圖2 某車型前門外板沖壓工藝

1.6 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于主機(jī)廠對汽車覆蓋件要求越來越高，針對汽車沖模的要求也日益提高。除了模具零件材料的合理選用，對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化也是降低成本的重要方法。例如某車型的發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外板合模的拉深模，根據(jù)主機(jī)廠要求上模零件型面材料使用GM246，若按以往項(xiàng)目將上模設(shè)計(jì)成一體式，本項(xiàng)目模具開發(fā)成本會(huì)超出預(yù)算。經(jīng)過與主機(jī)廠溝通，在保證模具質(zhì)量和沖壓件成形質(zhì)量不變的前提下，上模采用分體式結(jié)構(gòu)，上模由上模座、發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板凹模體和發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板凹模體三部分組成，如圖3所示。上模座采用材料為HT300，發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板凹模體材料采用GM241，發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板凹模體材料采用GM246，根據(jù)當(dāng)前的材料價(jià)格，GM246為15 000元/噸，GM241為11 000元/噸，HT300為7 500元/噸，上模質(zhì)量為15噸，發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板凹模體質(zhì)量為2.8噸，發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板凹模體質(zhì)量為2.4噸，上模座質(zhì)量為9.8噸。因此，上模結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的材料費(fèi)用分別為：15×15 000=22.5萬元，2.8×15 000+2.4×11 000+9.8×7500=14.19萬元，共節(jié)約模具材料22.5-14.19=8.31萬元。由此可見，在確保模具成形精度的基礎(chǔ)上，將拉深模的上模設(shè)計(jì)成分體式結(jié)構(gòu)，并使用不同的材料，可降低模具開發(fā)成本。

圖3 某車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外合模上模分體式結(jié)構(gòu)

通常采用1模2件的模具結(jié)構(gòu)，如圖4所示，一款車型能采用1模2件沖壓工藝的沖壓件有左右前門內(nèi)外板、左右后側(cè)門內(nèi)外板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外板等，采用該結(jié)構(gòu)均可節(jié)約模具開發(fā)成本。

圖4 某車型左右后側(cè)門外板1模2件模具結(jié)構(gòu)

2 結(jié)束語

汽車沖模開發(fā)過程的降本增效，可以從模具材料選用、標(biāo)準(zhǔn)件選擇、模具筋條厚度、模具備件種類和規(guī)格的優(yōu)化、沖壓工藝的優(yōu)化、拉深模上模分體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和采用1模2件沖模結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行改良。對于汽車生產(chǎn)制造企業(yè)，降低汽車沖模開發(fā)成本，可進(jìn)一步降低整車開發(fā)成本，加快新車型迭代更新，保持市場的競爭力。