文/謝文才，高長(zhǎng)樂(lè)，馬天流，邰偉彬·一汽轎車股份有限公司

精益理念在沖壓工藝的應(yīng)用

文/謝文才，高長(zhǎng)樂(lè)，馬天流，邰偉彬·一汽轎車股份有限公司

為了高效、優(yōu)質(zhì)、低成本地解決轎車沖壓件生產(chǎn)問(wèn)題，從沖壓工藝角度要減少?zèng)_壓件品種，生產(chǎn)時(shí)要減少批量增加批次；要提高生產(chǎn)節(jié)拍，減少生產(chǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間。同時(shí)，要盡可能地采用國(guó)產(chǎn)板料及低成本板料。為了提高板料利用率，一方面要提高工藝及排樣水平；另一方面要盡可能采用卷料，并且完成輕量化的激光拼焊板的準(zhǔn)備。同時(shí)，為降低成本，在保證質(zhì)量及工藝要求的前提下，要盡量減少投資。本文從工藝、材料、設(shè)備、模具等角度分析精益理念在具體生產(chǎn)中的應(yīng)用。精益生產(chǎn)與沖壓工藝的內(nèi)在聯(lián)系，如圖1所示。

圖1 精益生產(chǎn)與沖壓工藝的內(nèi)在聯(lián)系

要實(shí)現(xiàn)低成本沖壓件，就要有正確的、適合自身企業(yè)的投資理念，極大限度的降低設(shè)備、模具、工裝及工藝投資，盡可能多地承擔(dān)沖壓件品種數(shù)。從工藝上應(yīng)考慮一模多件，以合成盡量少的品種，從而承擔(dān)更多的件數(shù)。目前一汽轎車公司沖壓車間承擔(dān)的沖壓件品種數(shù)量在國(guó)內(nèi)外都屬于比較多的。為了保證多品種的生產(chǎn)排布，需要減少批量增加批次，必須要提高生產(chǎn)節(jié)拍，減少輔助生產(chǎn)時(shí)間。因此，從工藝上要考慮單動(dòng)壓力機(jī)、高效自動(dòng)化，以至于橫桿式多工位，同時(shí)要從工藝高度解決生產(chǎn)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。

毛坯準(zhǔn)備

投資原則

盡量利用原有資產(chǎn)，包括廠房、工地、落料壓機(jī)、剪床等。為提高效率，關(guān)鍵設(shè)備采用進(jìn)口，其他設(shè)備采用國(guó)產(chǎn)。從工藝規(guī)劃方面考慮，激光拼焊線同激光拼焊落料模實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，開(kāi)卷落料線同開(kāi)卷剪切線實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。結(jié)合國(guó)際品牌公司看好中國(guó)市場(chǎng)的心理，將會(huì)以較低價(jià)投標(biāo)的實(shí)際情況，關(guān)鍵設(shè)備實(shí)施方案如下：⑴激光拼焊線引進(jìn)國(guó)際最先進(jìn)的設(shè)備，設(shè)備帶焊縫補(bǔ)償功能，可降低對(duì)模具技術(shù)的要求。確保因車型變化而不斷開(kāi)發(fā)的模具國(guó)產(chǎn)化帶來(lái)的投入，每個(gè)車型約十幾套的模具開(kāi)發(fā)費(fèi)用約可降低投資300萬(wàn)元。⑵在保證質(zhì)量的前提下，開(kāi)卷落料線采用國(guó)際中上水平的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外表面件的落料及外表面件的剪切。剪切線生產(chǎn)內(nèi)部件為主，采用以要求節(jié)拍為主，配置較低的進(jìn)口線，大約可降低投資3000～4000萬(wàn)元。目前，設(shè)備廠家已經(jīng)研制出適合于多品種、小批量的激光落料線，這將為各沖壓件生產(chǎn)廠家提供更多的選擇。

毛坯生產(chǎn)線的工藝過(guò)程、能力及特點(diǎn)

根據(jù)汽車制造技術(shù)中沖壓工藝對(duì)板料的要求，在配送中心投建的生產(chǎn)線一般有幾種形式。開(kāi)卷剪切線實(shí)現(xiàn)方形料的剪切，設(shè)備主要包括開(kāi)卷機(jī)、矯直機(jī)、剪板機(jī)和板料堆垛裝置。開(kāi)卷落料線主要完成異形板料的加工并配有擺剪模，設(shè)備主要包括開(kāi)卷機(jī)、板料清洗機(jī)、矯直機(jī)、板料緩沖裝置、板料對(duì)中裝置、送料機(jī)構(gòu)、落料壓力機(jī)和板料堆垛裝置。為減輕白車身重量并保證汽車結(jié)構(gòu)件的剛性，激光拼焊板料的使用越來(lái)越普及，在籌建加工配送中心時(shí)可增建一條激光拼焊線。

提高材料利用率的基本手段

剪切余料分為兩部分，前端的余料是以300mm為步距剪切掉，目的是消除前端的斷面缺陷和去除鋼卷最外面的1～2層材料，以消除運(yùn)輸?shù)目呐龊屠売『?，保證材料的表面質(zhì)量。尾端余料去掉的目的是消除尾端鋼卷的劃痕和不夠一整張料的余料。

針對(duì)不同產(chǎn)品對(duì)于表面質(zhì)量的不同要求，擬定了以下幾種減少材料消耗的方法：⑴對(duì)于表面質(zhì)量要求不高的內(nèi)表面零件，前端只去掉300mm，尾端去除最后不滿足開(kāi)卷線生產(chǎn)條件的部分，根據(jù)制件進(jìn)料步距的不同，損耗在3000～5000mm。⑵外表面件前端去掉卷料最外面的一層，根據(jù)卷料外徑不同，一般為4000mm左右，料尾與內(nèi)板相同，仍選擇最小報(bào)廢尺寸，一般為3000～5000mm。采取這種方式對(duì)于內(nèi)板零件沒(méi)有明顯的質(zhì)量影響，對(duì)于外板零件有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不合格料投入生產(chǎn)的問(wèn)題，通過(guò)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)前鑒定的方式，對(duì)于確實(shí)不能用于生產(chǎn)的材料留作模具調(diào)試用。通過(guò)這種方式，改變了傳統(tǒng)的開(kāi)卷剪切（或落料）內(nèi)板前后各去5m、外板前后各10m的做法，降低了單件消耗定額。

原材料降成本的思路

⑴進(jìn)行轎車車身材料轉(zhuǎn)化，在保證性能的前提下，盡可能使用低成本材料。

在保證整車性能的前提下，改變轎車車身表面處理鋼板體系，完成從進(jìn)口鍍膜電鍍鋅鋼板轉(zhuǎn)化為電鍍鋅磷化（外覆蓋件）鋼板及熱鍍鋅（內(nèi)部件）鋼板，完成零件鋼種轉(zhuǎn)化，確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)行鋼板耐蝕性、成形性、點(diǎn)焊及涂漆應(yīng)用研究及烘烤硬化鋼板性能改進(jìn)；完成生產(chǎn)線沖壓工藝及焊接工藝調(diào)整，質(zhì)量達(dá)到原產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。完成多個(gè)品種零件材料的轉(zhuǎn)化、認(rèn)證及應(yīng)用工作，降低原材料采購(gòu)成本。

如在某合作車型產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)采用的是日本新日鐵公司生產(chǎn)的鍍鋅覆膜板，這種材料是國(guó)外某汽車公司和新日鐵公司合作新開(kāi)發(fā)的新型專利材料。在適應(yīng)沖壓件復(fù)雜成形方面有著降低摩擦系數(shù)、鍍層附著力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)由于減少了鋅層厚度對(duì)焊接工藝也有益處。但正是由于板材是專利產(chǎn)品，造成采購(gòu)價(jià)格高、供貨及時(shí)性差等風(fēng)險(xiǎn)。尋求材料替代工作一直是我們追求的目標(biāo)，目前已經(jīng)完成了15個(gè)品種24個(gè)零件的材料替代工作。

沖壓件使用國(guó)產(chǎn)熱鍍鋅板進(jìn)行替代的主要困難表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)熱鍍鋅板材料的摩擦阻力較電鍍鋅板明顯增大，相對(duì)于鍍鋅覆膜板差別更大，在試驗(yàn)中表現(xiàn)為受材料流動(dòng)阻力大的影響，制件開(kāi)裂傾向十分嚴(yán)重。2)鋅層結(jié)合能力差，容易脫落或與模具發(fā)生粘接，形成積屑瘤，造成制件劃傷，進(jìn)一步加劇開(kāi)裂傾向。3)受阻力加大影響，制件出現(xiàn)變形不均的問(wèn)題，產(chǎn)生回彈造成制件輪廓尺寸變化。針對(duì)這些問(wèn)題，我們采取以下措施對(duì)沖壓工藝參數(shù)和模具進(jìn)行調(diào)整：1)通過(guò)改變涂油區(qū)域和涂油量改善材料流動(dòng)阻力大和鋅層脫落的問(wèn)題。2)通過(guò)改善模具圓角形狀、提高光潔度和模具表面硬化降低材料流動(dòng)阻力和避免模具表面劃傷。3)通過(guò)修改材料定位位置和調(diào)整材料形狀彌補(bǔ)材料走料趨勢(shì)變化造成進(jìn)料狀態(tài)變化的影響。

⑵提高材料利用率。

1)采用無(wú)廢料落料方式縮小開(kāi)卷落料步距，達(dá)到降低消耗定額的目的。如某車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板原開(kāi)卷剪切規(guī)格為1700mm×1320mm，使用發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板落料模具生產(chǎn)時(shí)材料進(jìn)給步距從1320mm減少為1170mm，單件降低消耗定額1.1kg。后期采用弧形刀剪切進(jìn)行改進(jìn)，材料利用率及生產(chǎn)效率會(huì)更加明顯。

2)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有激光拼焊板落料材料排樣進(jìn)行優(yōu)化，在工藝上保證拼焊部位斷面質(zhì)量要求和維修要求的前提下，通過(guò)將幾種零件的落料工藝改為無(wú)廢料或少?gòu)U料的開(kāi)卷落料工藝，以及其他不適合采用開(kāi)卷落料工藝的零件優(yōu)化落料排樣，可極大降低材料消耗定額。某零件落料優(yōu)化前后對(duì)比，如圖2所示。

圖2 落料優(yōu)化前后對(duì)比

3)優(yōu)化現(xiàn)生產(chǎn)中使用的板料規(guī)格。如對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)中的某車型門內(nèi)板等零件的拉延件進(jìn)行認(rèn)真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)毛坯材料極限尺寸，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試和批量生產(chǎn)穩(wěn)定性驗(yàn)證，完成該車型門內(nèi)板的材料規(guī)格修改工作。

沖壓生產(chǎn)線

投資原則

關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)當(dāng)期最先進(jìn)的生產(chǎn)線，以保證設(shè)備使用壽命及設(shè)備精度穩(wěn)定性，同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品、工藝要求，降低不必要的工藝配置及控制功能，降低投資約3000萬(wàn)元。主要設(shè)備（如研配壓力機(jī)）采用國(guó)內(nèi)外合作方式（國(guó)外負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、調(diào)試及提供關(guān)鍵元器件，國(guó)內(nèi)制造主要機(jī)加件、焊接件，參與設(shè)計(jì)、調(diào)試及項(xiàng)目總負(fù)責(zé)），降低投資約1300萬(wàn)元，輔助設(shè)備國(guó)內(nèi)采購(gòu)。

沖壓生產(chǎn)線的工藝過(guò)程、能力及特點(diǎn)

根據(jù)未來(lái)幾年的產(chǎn)銷量規(guī)劃，新建沖壓線必須滿足所承擔(dān)車型沖壓件所要求的技術(shù)條件（即設(shè)備精度、工藝功能、自動(dòng)化程度、傳輸精度、生產(chǎn)節(jié)拍、模具安裝條件等）及工藝要求。設(shè)備必須能適應(yīng)沖壓新工藝發(fā)展（如一模多件、與類似設(shè)備的替代生產(chǎn)等）的需求。根據(jù)這一需要，新增沖壓線的工藝過(guò)程確定如下：拆垛部分、板料清洗、涂油（根據(jù)需要）、板料對(duì)中等功能。布置5臺(tái)或4臺(tái)壓力機(jī)完成沖壓件的拉延、修邊、沖孔、翻邊/整形等工藝內(nèi)容，配備自動(dòng)化傳輸裝置完成零件在工序間的搬運(yùn)，線尾出件工位完成沖壓件的檢查與裝箱工作。新增沖壓線具有自動(dòng)化程度高、設(shè)備剛性好、設(shè)備精度穩(wěn)定、生產(chǎn)節(jié)拍高、零件傳輸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。工藝規(guī)劃方案如下：

⑴在多次技術(shù)交流與考察的基礎(chǔ)上，參考目前成形工藝的發(fā)展，選擇單動(dòng)拉延的成形方式。單動(dòng)拉延具備生產(chǎn)效率高、沖壓成形穩(wěn)定（配備了數(shù)控拉延墊）、自動(dòng)化裝置設(shè)備投資低、拉延與后續(xù)之間不需翻轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。采用液壓數(shù)控拉延墊，在成形時(shí)可以實(shí)現(xiàn)四角壓料力任意可調(diào)，減少了新模具調(diào)試時(shí)間。

⑵確定自動(dòng)化連線方式。為了滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的需要，在充分比較機(jī)械手自動(dòng)化、機(jī)器人自動(dòng)化的特點(diǎn)后，一定要選擇當(dāng)前最先進(jìn)的高速自動(dòng)化連線方式，從長(zhǎng)期使用看，性價(jià)比最高。

⑶設(shè)備的幾個(gè)先進(jìn)技術(shù)。隨著設(shè)備制造技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)的壓力機(jī)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，如：液壓數(shù)控拉延墊（或伺服拉延墊）、主傳動(dòng)采用多連桿形式、免維護(hù)的濕式離合器（伺服壓機(jī)已經(jīng)不選用離合器）等技術(shù)，保證了較高的生產(chǎn)效率，有效地延長(zhǎng)了模具使用壽命，而雙工作臺(tái)極大限度的節(jié)約了生產(chǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間，上氣墊的使用簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)，最大限度的節(jié)約了模具制造費(fèi)用。

⑷沖壓線組成。根據(jù)一汽轎車近幾年產(chǎn)銷量規(guī)劃及當(dāng)時(shí)生產(chǎn)實(shí)際，最終確定利用轎車公司新基地籌建契機(jī)，新增沖壓工藝設(shè)備及各種配套設(shè)施，建立健全沖壓工藝生產(chǎn)及保障體系。核心內(nèi)容是新建全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。A線為線頭部分＋拉延壓力機(jī)＋4臺(tái)后續(xù)壓力機(jī)＋6套自動(dòng)化傳輸裝置，B線為線頭部分＋拉延壓力機(jī)＋3臺(tái)后續(xù)壓力機(jī)＋5套自動(dòng)化傳輸裝置。壓力機(jī)之間配有橫桿式自動(dòng)化傳輸裝置完成沖壓件的搬運(yùn)，沖壓線尾裝有皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)制件檢查、裝箱。

⑸廠房規(guī)劃跨距為24m/27m/27m/27m/24m。根據(jù)沖壓線技術(shù)規(guī)格，充分調(diào)查了國(guó)內(nèi)外沖壓廠房情況，在汲取各方面專家的建議后，根據(jù)我公司的實(shí)際情況，確定沖壓廠房中生產(chǎn)區(qū)跨距標(biāo)準(zhǔn)為27m、輔助生產(chǎn)區(qū)（設(shè)備修理區(qū)及檢具存放區(qū)）跨距為24m。沖壓線居中布置在27m跨廠房，前部用于板料臨時(shí)存放區(qū)及模具存放區(qū)，廠房軌頂高14.1m。隨著設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，廠房跨距及高度也應(yīng)隨之調(diào)整。

沖壓工藝

⑴一模多件及沖壓短工序技術(shù)應(yīng)用。

在國(guó)外汽車制造廠一模四件技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，短工序技術(shù)在日系企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。為提升自主品牌轎車競(jìng)爭(zhēng)力，提高生產(chǎn)效率，降低模具投資，降低車身成本，必須將一模四件應(yīng)用在新車型制造工藝開(kāi)發(fā)上。通過(guò)模擬分析、實(shí)地考察調(diào)研、與模具制造商交流等方式，對(duì)一模四件技術(shù)有了充分了解和掌握。在奔騰系列后續(xù)車型上完全有技術(shù)能力應(yīng)用并推廣一模四件技術(shù)。在2005年自主車型上成功地實(shí)現(xiàn)了四門內(nèi)板、四門外板、行李廂內(nèi)外板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外板、左右側(cè)圍內(nèi)板等制件的一模多件生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方式有利于大型沖壓線充分發(fā)揮設(shè)備能力，成倍提高生產(chǎn)效率。一模四件模具示意圖如圖3所示。

圖3 一模四件模具示意圖

⑵激光拼焊技術(shù)的應(yīng)用。

不等厚激光拼焊板的采用。車門內(nèi)板、側(cè)圍加強(qiáng)板及側(cè)圍內(nèi)板實(shí)現(xiàn)了激光拼焊板結(jié)構(gòu)，同時(shí)還首次在側(cè)圍加強(qiáng)板上實(shí)現(xiàn)了封閉整體拼焊板結(jié)構(gòu)。激光拼焊板適用于整車上強(qiáng)度要求不一的整體框架類零件，是近幾年在國(guó)外逐漸推廣的一種新技術(shù)。傳統(tǒng)工藝一般采用整體結(jié)構(gòu)沖壓件、多個(gè)沖壓件成形后焊接、增加加強(qiáng)板等方式來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。降低材料消耗定額，降低整車成本。采用拼焊板生產(chǎn)側(cè)圍內(nèi)板、側(cè)圍加強(qiáng)板等框架類零件，通過(guò)焊接直接形成框架形的毛坯材料，大幅度降低了材料消耗定額，從而達(dá)到整車降成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。采用拼焊結(jié)構(gòu)，拼焊前的毛坯尺寸規(guī)格變小，使利用其他制件的余料變成可能，更能夠體現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。

⑶高強(qiáng)度材料的應(yīng)用。

國(guó)外很多年前汽車上就開(kāi)始采用高強(qiáng)度鋼板，但在國(guó)內(nèi)僅僅是這幾年隨著燃油價(jià)格的不斷升高才提出整車輕量化的要求，并逐漸變?yōu)榘l(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)于國(guó)外而言，我們?cè)谶@方面的經(jīng)驗(yàn)才剛剛開(kāi)始并有所應(yīng)用與積累。在自主車型上高強(qiáng)度鋼板占白車身重量的比例高達(dá)30%～70%，并開(kāi)始使用980MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼板。

采用高強(qiáng)度鋼板最根本的目的是提高整車強(qiáng)度，在滿足強(qiáng)度的前提下降低整車重量，從而降低燃油消耗達(dá)到節(jié)省能源的目的。隨著燃油價(jià)格的不斷上漲，國(guó)家對(duì)于整車的經(jīng)濟(jì)性要求也越來(lái)越高，從限制大排量汽車到降低小排量汽車的附加費(fèi)用，都充分體現(xiàn)出節(jié)省能源的宗旨。在保證整車安全性的前提下降低車重，提高車身沖壓材料強(qiáng)度是最直接的辦法。

結(jié)束語(yǔ)

本文是我們的工藝技術(shù)人員在實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)整理的經(jīng)驗(yàn)和一些體會(huì)，在多年的應(yīng)用中，沒(méi)有照本宣科、教條地說(shuō)出那些理論性的精益方法。但是在每一項(xiàng)工作中又無(wú)時(shí)不刻的體現(xiàn)出了精益化的內(nèi)涵。希望通過(guò)本文，能夠與國(guó)內(nèi)專家、同行共勉。