汽車覆蓋件沖壓模具工序數(shù)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(yè)的不斷發(fā)展，汽車保有量逐年增加，人們對汽車行駛過程中節(jié)能環(huán)保的要求在不斷提高。汽車工廠在生產(chǎn)過程中污染排放和對生態(tài)環(huán)境的影響也備受關(guān)注。除此以外，汽車模具、檢具、夾具等工裝設(shè)備在制造過程中的節(jié)約環(huán)保理念也被推廣。

模具是產(chǎn)品批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)，隨著模具鑄件材料、機床加工技術(shù)、電腦模擬設(shè)計等綜合實力的發(fā)展，模具領(lǐng)域的前沿技術(shù)正逐漸被推廣到實踐應(yīng)用中。目前，部分日本汽車廠已經(jīng)對汽車覆蓋件的沖壓模具進行了工序數(shù)消減的階段性推廣。通過對模具工序數(shù)的消減，進而減少模具在設(shè)計、制作、調(diào)試、加工等一系列工藝過程中的人員、設(shè)備、原材料等的投入，特別是節(jié)約了鑄件等原材料的使用及其后續(xù)回收，節(jié)省了生產(chǎn)過程中的能耗，并降低了模具在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的噪聲污染。通過借鑒并推廣這一新技術(shù)，可以為汽車產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展，促進節(jié)能減排，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會做出新貢獻。

對于車身覆蓋件及大型內(nèi)部件的沖壓模具，由于各公司生產(chǎn)線壓力機機床及模具設(shè)計標準的差異，表現(xiàn)在模具工序數(shù)上也存在較大的差異。例如門內(nèi)板零件，歐系模具工序數(shù)通常設(shè)定為5工序，模具主要筋板厚度為40～50mm、日系模具設(shè)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(shù)現(xiàn)狀和工序數(shù)消減推進目標的概要說明。

前期產(chǎn)品開發(fā)的準備

要實現(xiàn)模具工序數(shù)的消減，首先要有完善的零件開發(fā)標準和后續(xù)檢證體系，這樣在車型開發(fā)階段能夠?qū)_壓零件的造型進行檢證，在造型、模具設(shè)計、品質(zhì)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(fā)檢證

對門內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)實際總結(jié)并預(yù)測出的可行性范圍作為參考。如果門內(nèi)板零件的R角造型過小，則需要在模具設(shè)計中通過在拉延工序后追加整形工序的方案，引起工序數(shù)增加。如果外觀件發(fā)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(fā)時應(yīng)用已有的經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫進行必要的檢證和修正，為模具工序數(shù)消減做好鋪墊。

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

表1 部分模具工序數(shù)概要說明

模具設(shè)計

為了實現(xiàn)工序數(shù)消減，在模具工藝設(shè)計上需要提前進行工藝布局。對于車身覆蓋件，以側(cè)圍外板零件為例，從鋼板坯料到成品，需要經(jīng)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(shù)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(jīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計上，由于工序壓縮大量使用了斜楔CAM結(jié)構(gòu)，將修邊、整形、翻邊、沖孔盡量集約到一個工序內(nèi)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(shù)能夠消減是車型開發(fā)、模具設(shè)計以及生產(chǎn)實踐等多方面經(jīng)驗的積累，并得益于電腦輔助設(shè)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(shù)的進步、模具標準配件的規(guī)范化及其配套品質(zhì)的提升等整個模具行業(yè)水平的提升。

表2 模具工序數(shù)消減引起新增難題

不足之處

模具工序數(shù)消減后會在模具制造方面形成一系列的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢。這一新技術(shù)的應(yīng)用在模具設(shè)計方面，通過電腦輔助模擬設(shè)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(chǎn)過程中的穩(wěn)定性、產(chǎn)品品質(zhì)的可靠性和模具維修保養(yǎng)的便利性。

表2總結(jié)了模具工序數(shù)消減后，首次模具在投產(chǎn)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(yǎng)和模具在線生產(chǎn)兩大方面。

改善方案和展望

模具工序數(shù)消減的初次應(yīng)用給生產(chǎn)現(xiàn)場帶來了一定的影響，但是隨著各崗位在各生產(chǎn)階段不斷積累經(jīng)驗和技術(shù)更新，這一技術(shù)正日漸成熟。例如，模具保養(yǎng)方面可以通過人員培訓(xùn)和標準化操作規(guī)程加強，維修保養(yǎng)工時可以控制在相對合理的范圍內(nèi)；模具強度方面則根據(jù)使用經(jīng)驗，在鑲塊局部增加厚度并優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)，也能夠有效解決問題?？傊?，通過生產(chǎn)現(xiàn)場的不斷習(xí)熟適應(yīng)，并將實踐的經(jīng)驗總結(jié)后反饋給下一車型，可以使模具設(shè)計最終能夠滿足生產(chǎn)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(shù)消減這一新技術(shù)已逐漸成為較為成熟的節(jié)能環(huán)保和消減成本的對策?，F(xiàn)在，根據(jù)車型的造型特點進行選擇性使用，并已成為一項持續(xù)推進、不斷優(yōu)化完善的關(guān)鍵技術(shù)。隨著我國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，模具制造領(lǐng)域必然不斷涌現(xiàn)出許多節(jié)能減排、資源節(jié)約、環(huán)境友好的新方向，而模具工序數(shù)消減則是一個非常值得推薦的新技術(shù)。