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如何有效降低汽車模具開發成本?
如何有效降低汽車模具開發成本?

本文主要介紹了汽車廠家在新車型開發過程中,采用何種方式來降低模具的開發成本,并且從產品設計、生產工藝排布和模具設計與制造三個方面進行闡述,以對開發車型的模具投資成本進行控制,以期達到在新車型開發過程中降本增效的目的。

車型開發成本是汽車企業的核心競爭力,要提高汽車企業競爭力就必須重視成本,并想辦法降低開發成本,而汽車車身的質量和成本很大程度上在模具開發階段就基本確定了,此階段的產品方案、技術方案和模具準備方案就已決定了模具所用材料,模具成本、沖壓件材料利用率以及生產效率等。所以在汽車車身沖壓件的模具開發階段進行有效的成本控制是非常必要的。

就如何降低汽車車身模具開發成本,本文主要從產品設計、生產工藝排布和模具設計制造三個方面進行分析。

產品設計

1.SE分析的應用

沖壓SE(同步工程)在開發階段的工作內容及作用在國內外汽車企業中已經得到普遍認可,同步工程已成為汽車開發的一個重要方法,從整個汽車開發周期考慮到產品的所有因素,包括質量、成本以及進度計劃等要求。沖壓SE工程項目是由具有專業沖壓工藝技術人員組成的專門工作組,在整個過程中密切配合其他設計部門嚴格按照網絡計劃開展工作,以達到最佳的開發效率,在最短時間內開發出最優的產品


。

新車開發基本階段包括參考車分析階段、模型設計階段、產品工程化階段、樣車制作階段以及試生產和小批量生產階段。

(1)參考車分析階段

本階段的主要工作有沖壓生產能力規劃分析和參考車工藝分析。

①沖壓生產能力規劃分析 在新產品開發初期,需結合新產品項目預研報告和生產廠家沖壓生產線的相關信息,進行生產能力規劃分析。

②參考車工藝分析:沖壓工藝人員在熟悉參考車結構的基礎上,須深入了解車身零件工藝,材料的使用情況及成本,競爭車型的相關情況,其中了解車身零件的工藝是關鍵,它直接關系到開發過程中的工藝研究。

(2)模型設計階段

該階段主要工作有模型分析及主斷面分析:

①模型分析包括車身分塊線分析,零件表面質量分析,零件特征線分析及沖壓工藝性分析,報告對工藝可操作性及造型風格分析起著關鍵作用,直接影響新車的開發風險;

②主斷面分析是產品工程化的基礎,造型部門提供車身主斷面,沖壓SE人員對零件形狀進行簡化,然后進行沖壓成形性研究、沖壓方向選擇、零件公差分析以及零件R(圓角處半徑)分析;要求對沖壓工藝難度大的零件做出優化或修改,以免問題遺留到下一開發流程,影響進度。

(3)產品工程化階段

沖壓SE人員從產品品質、模具結構、操作性、生產線布置以及成本等因素出發,對關重零件借助計算機輔助工程(CAE)進行沖壓工藝分析,主要工作包括:判斷可能產生變形不足的部位及其解決措施;沖擊線、滑移線產生部位及其解決措施;起皺產生部位及其解決措施;開裂產生部位及其解決措施;預測可能產生的線偏移;回彈分析及其解決措施;剛性分析;強度分析;扣合性分析;R分析;沖壓方向、工序數、加工壓力、坯料尺寸以及生產線適應性分析等。

(4)樣車制作階段

能直接驗證零件沖壓可行性,沖壓SE人員重點檢查前期SE分析未得到造型部門答復的問題并發現和解決新出現的沖壓工藝問題。該階段的主要工作包括零件強度、剛性分析、零件成形性分析、精度分析、裝干涉檢查等。生成的樣車分析報告反饋到產品設計部門,為模具制作和零件成功生產提供保證。采用SE分析與未采用SE分析問題出現階段和數量的對比如所示。

2-產品結構的優化

(1)產品形面的優化

①避免拉伸負角 有負角的件不可能一次拉伸完成,負角部分會需要額外的模具和壓機,成本上升是很顯著的,所以應盡量避免。由于有反彈以及脫模的需要,零角也要避免。

②盡量減少拉伸深度 淺拉伸深度避免使用高價的高性能材料,增加采用高強鋼材的可能性,減少廢料,減少工續,從而減少模和生產成本。

③盡量增大R角 比較大的R角可能減輕產品局部變形程度,減少縮頸、開裂幾率,從而提高產品質量和降低生產成本。

在功能性允許的情況下盡量增大拔模斜度,以利于產品成形并使拔模方便易行。減少卡模的可能性,也減少表面擦傷。具體情況如圖2所示, 其中B是推薦的方式,工藝性優于A方式。

(2)產品輪廓的優化

①力求切口平齊,模具的制造和維修保養會容易從而降低費用;

②力求剪切和沖孔是同一方向,避免斜沖,降低模具的制造成本;

③力求孔徑規范化,降低模具的制造和維修保養費用;

④只在平面上沖孔,避免在曲面上沖孔,曲面上要有小平臺;

⑤要考慮修邊刀口和沖頭的布置空間,以保證刀口、沖套的空間和強度。

3.鋼板材料的選擇

高強度板采用率大,可以減少車身鈑金件數量,同時相應減少模具開發費用。為通用汽車的某款車采用高強度鋼板的材料強度分布圖。說明在采用了全新的高強度鋼材作為車身制造原料后,新車將會變得比原來更堅固,更節能。在保證足夠的穩定性和安全性的情況下,新材料能有效地減低車身的整體重量達13%,從而達到節約能源提高燃油效率的目的。更重要的是,比起鋁合金來說這一新強化鋼材的性價比會更高。即便不是整車全部采用新材料,整體的燃油使用效率也會提高至少1%。

生產工藝排布

目前,大型汽車企業采用的生產線有兩類——手工生產線和自動化生產線。自動化生產線主要有高速線和多工位生產線,因機器人送料要求每序模具送料高度一致,為降低模具開發成本,一些結構較簡單的制件盡量安排在聯合安裝或多工位生產線,可以有效節約模具開發成本和生產成本。而手工生產線模具也可以考慮聯合安裝,降低模具高度,節約開發成本,可根據生產線和壓力機設備進行合理排布,在模具設計制造前選定生產線,從而充分考慮以節省模具開發費用。

模具設計與制造

在模具工法和結構設計時,根據沖壓件的難易程度,考慮選擇采用拉延工藝還是落料成形工藝,采用拉延工藝的產品質量更優,調試時間更短,而采用落料成形工藝,材料利用率更高,模具結構更簡單,成本更低。從降低模具成本考慮,建議考慮落料成形工藝。

在模具工法和結構設計時,盡量采用左右件共模、雙槽或一模雙腔的方式進行設計制造,不僅可以節省兩組導向機構,減輕模具重量,同時還可以提高沖次率,節約模具制造成本和生產成本。左右共模適用于左右對稱件,雙槽模適用于內外板零件,一模雙腔適用于窄長類零件。

在模具工法和結構設計時,針對手工線生產的模具,可以采用諸如空手槽取代氣動頂出裝置等方式節省模具成本,而部分中小批量的車型進行模具設計時,建議從50萬沖次的模具使用壽命變更為30萬沖次的模具使用壽命,從而選擇對應沖次的模具制造材料,適當減小壁厚,降低成本。

在模具工法和結構設計時,大型覆蓋件的工法設計盡量采用單動拉延。相比較而言,單動拉延模比雙動拉延模的模具制造技術更成熟,成本也更低。

結語

在汽車市場競爭日益加劇的大環境下,降低汽車制造成本是汽車企業銷售利潤最直接的保障,而模具制造開發成本又是新車型開發成本中所占比例最大一部分。影響模具制造成本的因素很多,而且每個汽車企業的生產設備和實際情況也不一樣,對模具的要求也不一樣,本文總結了我公司的一些經驗,希望為自主品牌汽車業的同行帶來一些幫助。


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