一家专注流体压力成形技术
本文结合实践，从冲压工艺选择及模具结构改进、材料利用率的控制、模具材料的合理选择等方面探讨了如何有效控制模具开发成本、提高利润水平的具体措施，对整车生产的成本控制有着积极的现实意义。
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，严重制约了新车在市场上的表现，大大降低企业的利润水平。但是，对于汽车生产企业而言，降车价容易，降制造成本却很难。对于车企而言，唯有挖空心思降低成本，才能真正提高市场竞争力，在激烈的市场竞争中立于不败之地。
汽车车身由各种各样的冲压钣金件通过焊接而成，而这些零件基本都是通过冲压工艺生产的。
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、优化模具机构、合理选择模具材料并充分考虑材料利用率等，对整车成本控制具有十分重要的意义。
冲压工艺选择对制造成本的影响
冲压工艺的合理性直接影响冲压件的制造成本，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，国内模具企业已经积累了不少经验，有很多措施可以用来实现对成本的控制。
1.合理设计冲压工序
合理设计冲压工序，使其达到结构最好、工序最少，例如：某车型右侧围模具为5个工序（不包括落料模），共10副模具，而新开发的两款车型，左、右侧围模具只有4个工序（不包括落料模），共8副模具。在合理拆分冲压工序后，减少了两副模具的开发成本。从生产方面来说，减少两副模具后，大大提高了生产效率，事半功倍。
2.采用联合安装方式
联合安装的操作方式就是在同一副模具内，完成两个或者两个以上工序内容的作业方式，例如：某车型加油口盒，就是采用联合安装方式来实现的。某车型中加油口盒共有5副模具，如果连线生产就需要占用5台机床来满足其要求。
为了提高生产效率，减少对机床的占用，将后3副模具采用联合安装的方式，组合拼装在同一副模具上。这样，某车型中加油口盒就只有3副模具了。
合并后的1副模具，每完成一个冲次就相当于原来3副模具的冲次，有效地提高了生产效率，机床占用压力也减少了。与此同时，3副模具合并在1副模具上，达到成本降低的目的。
联合安装的作业方式，一般常用于中、小型冲压结构件，大型件、外板件等产品表面质量要求高的零件不建议采用。
图1 某车型右前门外板带废料切刀的拉延模
3.拉延模上安装废料切刀的工艺方案
减少冲压工序是控制冲压成本的一个重要途径。
减少工序有多种方法，在拉延模上安装废料切刀就是其中之一。一些工件型面复杂，落差较大，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切角，这样既可保证拉延成形，减少一副模具，又可以提高经济性。这种方法常用于汽车冲压件车门内、外板的拉延模上。某车型右前门外板带废料切刀的拉延模如图1所示。
4.尽量实现左、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。某车型左、右翼子板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26.8%，采用左、右件共模拉伸，材料利用率达到33.5%，相比高出6.7%，每生产一件（左或右）要少消耗材料2.8kg，少开发5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。
通过上述比较分析，尽量采用左、右件共模生产。在实际生产中，能采用左、右件共模生产的零件有很多。
模具结构的设计
1.提高落料模的通用性
在车型进行的冲压节料改进中，考虑到同类对称的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，可以实现一副落料模完成几个零件的落料，只需调整定位即可。需要注意的是，采用通用落料的零件应考虑到材质和料厚的因素。
具体情况如下：相同料厚零件可以实现落料模共用；相同料厚、不同材质而外形尺寸相似或者相近的零件可以通过调整定位来实现落料模共用；不同料厚不能实现落料模共用。
2.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：模具上的刚性存放块，改为空心、管状的存放块，避免在生产中遗忘拿下，而损坏模具铸件，甚至导致模具报废的事情发生；改进模具上不必要的进、出料托架，在设计时充分考虑生产中是否实用；部分模具废料刀数量过多，切出的废料尺寸过小，直接影响操作工捡废料的生产效率。
3.国内模具铸件质量有待提高
主流模具结构的主筋为45mm，台湾模具开发模具主筋厚度为40mm。国外一些模具企业例如日本宫谨、富士和荻原等一些模具企业的模具的主筋厚度仅为35mm。
与国内主流模具相比较，模具结构内主筋的厚度相差10mm，这就意味着设计出一副大型侧围模具的质量相差几吨。影响主筋厚度的不是设计水平，而是目前国内的铸件质量赶不上韩国、日本等国。考虑模具整体强度以及寿命等方面，目前国内铸件主筋的厚度为45mm。
4.凸模模仁与模座做成两种材质
为降低模具的开发成本，通常情况下把拉延模的凸模模仁和模座分两部分来浇铸。凸模模仁采用钼铬铸铁（GM246），模座采用FC30材质。因为FC30材质比GM246便宜很多，每吨相差五六千元。在不影响模具强度的情况下，把两者拼装起来，组成凸模，模具的制作成本大大降低，维修也方便，这种方式普遍流行。
5.凹模模仁与模座采用镶块结构
拉延模的凹模和压边圈都是由镶块和模座两部分构成。凹模模仁、压边圈的压料面采用镶块SKD11，模座采用FC30材质。因为FC30材质比SKD11便宜很多，每吨相差万元。在不影响模具强度的情况下，把两者镶在一起组成上模，模具的制作成本大大降低，维修也方便，这种方式普遍流行。
材料利用率的控制
冲压工艺设计与持续改进的目的之一就是努力提高冲压生产的材料利用率。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（DL）、模具图会签及模具的预验收等源头抓起。
在车型的开发中，应把材料利用率指标作为一项重要的参数提出来，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，这将有利于汽车制造成本的控制。
车身冲压件制造成本已成为国内各大汽车制造厂利润增长的一个制约点，从原材料投入到成品件产出的整个过程或多或少都存在着浪费现象，有不小的改进空间。
1.减小压料面
在模具设计开发中，减小板材消耗的思路之一就是尽量减小拉伸压料面的尺寸，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，以减小模具外廓尺寸，增加材料利用率。
2.合理设计零件落料的排样方法
排样是指零件或毛坯在条料、板料上的布置方法。在落料模设计时必须考虑到零件的排样，排样方法是否合理，不仅影响模具结构，最重要的是影响材料利用率。举例说明：图中，对左、右A柱内板下段板的落料模料片的3种排样方案进行比较，很明显，在材料利用率上方案A比不上方案B和方案C。而通过计算进行比较，放大计算100个料片所需要的板材重量，可以得知方案C优于方案B，方案C的材料利用率高于方案B。
合理选择模具材料
模具材料的选择要坚持保证使用寿命前提下的低价原则。在材料选择上，并非材料越高越好。材料价格越高，模具、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。一般要求模具的使用寿命为50万冲次，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50万冲次的要求是否合理值得重新考虑，降低为40万冲次甚至30万冲次也在考虑之中。
丰田的拉延模材料主要采用球墨铸铁（KSCD-800IS），而不是目前我们国内流行的合金铸铁，丰田公司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，成本却比合金铸铁要低得多。考虑到铸钢成本高，丰田公司现已大量采用基体与刃口一体化的空冷钢作修边模（料厚1.2mm以下），使模具成本大大降低。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。
因此，我们要掌握一个“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，应遵循经济精度原则，够用即可！
在一次新车型模具招标活动中，我们要求废料切刀及整形弯边镶块用铸钢ICD5（空冷钢），因为铸钢韧性比铸铁好，使用时不易嘣刃，且焊接修复容易。但从成本控制方面考虑，我们可以采用球墨铸铁KSCD-800IS，因为KSCD-800IS比ICD5便宜很多。需强调的是，废料切刀和整形弯边镶块采用KSCD-800IS时，主要应用料厚在0.8mm以下的薄板。
结语
总之，设计出强度最好、工序最少、模具开发成本最低且生产出产品的材料利用率最高的模具结构，是我们冲压行业不断努力的方向。对于国内汽车行业而言，要想在激烈的市场竞争中战胜强大的对手，降低制造成本是必须的。
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