吉利冲压：用冲压造一辆百姓买得起的好车
在汽车制造业中，汽车整车工厂通常拥有冲压、焊装、涂装、总装四大工艺。作为汽车制造四大核心工艺之一的冲压工艺地位尤其重要，因为冲压件数量和比例很大，冲压工艺装备投入比例也高。当今汽车制造业已经入了发展新阶段，尤其是2020 年突然的疫情，更是加快了这种阶段的到来。面对汽车发展的新阶段，冲压工艺需要怎样的应对和改变？带着这种疑问《锻造与冲压》杂志记者采访了浙江吉利控股集团杭州湾公司冲压工厂副厂长兼集团冲压工艺协会会长黄银有先生。请他以杭州湾工厂为例，带领我们全面了解一下吉利冲压的发展历程。
车间概况吉利控股集团总部设在杭州，在中国、美国、英国、瑞典、比利时、白俄罗斯、马来西亚都建有世界一流的现代化的整车和动力总成制造工厂，旗下拥有吉利、领克、几何、沃尔沃、极星、宝腾、路特斯、英伦汽车、远程新能源商用车、曹操出行、钱江摩托等品牌，是沃尔沃集团第一大持股股东和戴姆勒股份公司第一大股东。
吉利杭州湾公司冲压分一、二车间，一车间建成投产时间为2011 年4 月，二车间建成投产时间为2019 年3 月。一车间拥有两条自动化冲压线，A 线为2000t 打头的齐二机械压机线，B 线为1600t 打头的中国一重机械压机线，机器人自动化均为瑞士ABB公司提供，A 线主要生产大型外覆盖件，B 线生产一般外覆盖件和内板件；二车间两条配置相同的高速冲压线均为济南二机床的2400t 打头五工序的高速冲压线，自动化采用瑞士GUDEL 公司的产品。
走出去，请进来当我们得知吉利自己就有一个冲压协会的时候，表示很好奇。黄银有说，“吉利冲压成立冲压协会的第一个目的是：走出去，请进来。走出去的意思是通过冲压协会的组织，多到外面进行对标交流学习，对标交流的对象有吉利集团内兄弟单位，也有行业内标杆单位，利用集团资源，进行合理对标提升，了解行业最新动向等；请进来的意思是指通过协会的力量，邀请吉利集团内部专家，以及行业内专家进来讲课、授课、交流等，充实自身的能力。
“成立协会的另外一个目的是立标/建标：通过协会的力量整合集团资源，真正实现液态化的组织，解决研发、制造中的各项冲压问题，并在此过程中形成各项标准化的内容，作为经验传承下去。”
信息化管理，智能化生产关于吉利冲压4.0 工厂的建立，黄银有这样解释道：“4.0 工厂就是信息化与工业化的深度融合，通过采集的数据趋势基础，对设备的整体运行状态做专业的分析，执行设备的维护保养，以及设备故障的提前预警，形成一套标准化的设备维护流程。目前我们使用的是EAM 设备运行维护管理平台，包括设备的故障管理、维护保养管理、预防性维护管理、点巡检管理、备件管理等都通过此系统运行。
“我们使用了约6 个信息化系统打造智能化的冲压车间，包括：ANDON 系统，用于生产进度实时监控，生产异常拉动及生产数据停机管理；SRM 采购平台，用于原材料订购、板料采购订单下发、供应商下单；IWM 仓储管理系统，生产数据维护、库存管理、标签管理；SAP 系统，产品生命周期管理、服务与资产管理、供应链管理；MES制造执行系统，车型配置管理、生产报工记录管理、生产过程质量问题管理；EAM系统，设备信息资料管理、设备点巡检管理、设备维护保养管理、设备问题管理、设备报告管理。
这些信息化系统的使用都是为我们的智能化车间打基础，大量的数据通过电子化进行收集、记录、分析，极大程度的提高了工作效率，同时可以做到数据的追溯。”
专注技术创新，专注人才培养技术创新是一个企业发展的基石，吉利是一家注重技术创新、人才培养的实业公司。在技术创新方面，黄银有以蓝光扫描及手持测量设备在尺寸控制中的应用为例，介绍了该技术在冲压工厂的应用：“过去尺寸检验大多依赖于检具手工测量或三坐标打点测量，吉利在国内较早采用蓝光扫描检验零件尺寸，杭州湾公司是吉利第一个实现蓝光扫描量产的基地，并且在日常使用中，逐步形成了蓝光扫描监测尺寸稳定性，手持扫描设备快速在线诊断的相关技术手段，同时在模具开发以及模具复制中多次应用扫描设备，大大缩短现场问题判定时间以及模具开发周期等。”
紧接着，黄银有说：“人才培养是技术创新的基础，人才培养方面我们主要针对制造型企业特点，采用选、育、用、留、退培养模式，针对不同人才类型制定相应的培养计划，同时主动发掘员工潜力及兴趣发展方向，让员工有发展目标；其次我们积极树立榜样力量，针对技能型人才我们以高级技师、省市、国家级荣誉获得者为榜样进行技能通道的师徒帮带，针对大雁群体我们则以历届骨干及管理干部进行管理通道师徒帮带。”
坚守责任，专注品质关于责任，黄银有说到：“吉利集团一直秉承‘战略协同、推动变革、共创价值’的使命和‘奋斗者文化、问题文化、对标文化、合规文化’四大文化，长期坚持可持续发展战略，带动了大量产业链上下游企业共同发展。对于吉利冲压而言，自然也是这样。我们冲压一直在追求‘更好的质量，更低的成本，更高的效率’。
“更好的质量。国内模具产业飞速发展，冲压模具开发过程变得更加的便利，模具的质量也越来越好，随之带来的产品质量也更加稳定；另外一方面冲压设备也高速的发展，尤其是智能检测设备，例如蓝光扫描、激光扫描仪等，使得在尺寸检验上变得更加快捷高效。
“更低的成本。冲压三要素，模具、设备、材料在过去的20 年里，有着飞速的发展，随之带来冲压行业成本的快速降低，在未来的冲压发展中，这三要素还会继续发展，在为我们提供更好产品的同时，带来更低的成本。
“更高的效率。这里的效率包括了冲压线生产的效率、物流转运的效率、未来智能化、物联化的效率，大规模大批次的生产将变得越来越少，小批次、多品种的个性化需求将成为主流，更高的效率应该是为之服务。”
关于产品质量，黄银有说，“可能在很多人潜意识里，听到降低成本这几个字自然而然就和以次充好、降低产品质量等联系在一起，但在冲压车间这种情况是不会出现的。降低成本的基础条件就是符合冲压工艺，而冲压工艺决定的是所有冲压件的质量，在这种相辅相成的条件下，冲压工艺将降低成本和产品质量紧密地结合在了一起。冲压的制造成本降低，通常会从工艺优化方面入手，从原材料到制造过程，再到产品的质检，通过全流程的工艺优化以达到降低成本的目的，同时也保证优化后的制造工艺满足产品的各个特性以及质量。”
——文章来源：《锻造与冲压》2021年第2期
吉利汽车：翼子板前保险杠处冲压工艺分析，最前沿的分析技术
翼子板是汽车车身中最复杂、最关键的零件之一，零件质量直接影响装车及整车开发进度。如果在前期工程阶段，零件结构设计不良会导致后期产品结构更改，模具调试周期长，严重影响整车开发周期。
因此在前期产品设计阶段需要对翼子板的翻边结构进行分析，同步工程分析时需要进行精确的CAE模拟，以选择合适的翻边结构及规划合理的翻边工艺，避免后期的零件成形产生质量缺陷。
图1 某车型翼子板
（a）开裂
（b）起皱
（c）圆角不顺
图2 翼子板前保险杠处翻边常见缺陷
图1所示是某轿车翼子板，图2所示列举了后期模具开发过程中经常遇到前保险杠处的圆角开裂、翻边起皱、A面凹凸及圆角不顺等质量缺陷。
一
常见的翼子板前保险杠处结构
根据不同车型的属性要求，翼子板与前保险杠的匹配安装结构存在一定差异，一部分车型前保险杠Y向安装点在翼子板上，另一部分车型前保险杠Y向安装点在支架上，支架与翼子板焊接在一起。按照这种分类方法，翼子板前保险杠处的结构可以分为2类：一类为带有法兰面的整形结构；另一类为不带法兰面的翻边结构（见图3）。
（a）整形结构
（b）翻边结构
图3 翼子板前保险杠处2种不同搭接结构
通常情况下，带法兰面的整形结构主要用于整形深度小于30mm且形状相对简单的情况；不带法兰面的翻边结构主要应用在翻边深度超过30mm，翻边容易起皱的情况。
二
常见结构工艺分析
1
带法兰面整形结构工艺分析
图4所示为某车型翼子板前保险杠处结构，整形深度约33mm，法兰面宽度约66mm，钣金材料为DC54D+Z。分为5道工序成形，初步设定此位置处工序内容为：①拉深；②修边；③整形；④冲孔；⑤侧冲孔。
图4 带法兰面某车型翼子板前保险杠处结构
翼子板前保险杠处型面在工序①过拉深出部分圆角，主要型面在工序③一次整形到位，通过CAE仿真软件AutoForm建立有限元模型对全部工序进行成形模拟分析。
01
板料为DC54D+Z，其屈服函数如下：
板料厚度为0.7mm，材料参数为n=0.22，r=1.54，k=537.2，αs=160MPa，αb=309.6MPa。
02
板料采用等向指数强化模型，应力应变关系数学表达式为：
α=K?ε^n
式中：α——应力；K——硬化系数；ε——应变；n——硬化指数。
03
有限元分析模型建立。利用AutoForm软件自动进行工具体网格单元划分，并建立拉深工序及整形工序有限元模型，如图所示5，模型中凸模、凹模、压边圈、压料芯、整形刀块设为刚性材料，分析中采用弹塑性壳单元理论，网格进行自适应4级划分。
图5 拉深及整形有限元分析模型
为减少计算时间，拉深筋简化为等效模型（虚拟筋）。拉深行程为100mm，压边力为1200kN，板料与模具各零件间的摩擦因数取为0.15，成形速度V=1m/s。
（a）距到底3 mm
（b）距到底1 mm
图6 整形分析法兰面起皱结果
由于整形量大，零件形状复杂，整形CAE分析起皱严重，如图6所示，工程师反馈已无法再降低整形深度，只能通过工艺解决。经反复尝试，整形时在上模增加压料板，外侧压住板料后再整形的效果较为理想，起皱问题得到明显改善。
图7 带法兰面压料整形方案工艺简图
（a）距到底3 mm
（b）距到底1 mm
图8 带法兰面压料整形分析结果
图9 实际模具成形的零件
图7所示为压料整形方案；图8所示为压料整形分析结果；图9所示为按照压料整形的工艺加工的模具成形的零件，无起皱现象，满足零件质量要求，此压料整形方案可行，可以应用于后续类似结构的翼子板上。
2
不带法兰面的翻边结构工艺分析
图10 不带法兰面某车型翼子板前保险杠处翻边结构
图10所示为某车型翼子板前保险杠处结构，整形深度约47mm，板料为DC54D+Z。由于此翻边太深，若直接翻边成形会严重起皱，初步设定直接采用外侧先压料后整形的工艺，CAE模拟分析仍然起皱严重（见图11），说明压料整形方案针对深度太深的结构不适用，需要考虑其他方案。
图11 不带法兰面压料整形分析结果
图12 托料翻边结构
结合以往车型钣金件开发经验及此翼子板翻边结构的特殊性，此处可以考虑增加下部浮动托料板（通过氮气缸来实现）进行压料翻边，其结构如图12所示。
图13 托料翻边模具成形的零件
经过CAE模拟分析验证，此方案整体可行，仅在A面（图11中椭圆处）过渡剧烈位置侧壁仍存在轻微起皱，图13所示为实际模具托料翻边成形的零件，侧壁仅存在轻微起皱，验证此方案可行，可以应用于后续类似结构的翼子板上。
三
常见结构设计优化零件结构
表1 带法兰面整形结构设计参考断面
设计的好坏直接影响成形工艺，通常情况下，带法兰面的整形结构主要用于整形深度小于25mm且形状相对简单的情况，建议结构断面参考表1进行设计，且表中L2及L3要加工成相等深度，不然整形过程中会出现起皱。针对汽车外表面起伏较大的特殊情况，零件还需要考虑增加工艺缺口。
图14 增加工艺缺口
由于零件结构等特殊原因，翼子板前保险杠处深度需大于30mm，建议搭接结构做成翻边加支架的形式，有利于改善翻边成形性，同时翻边深度尽可能等深（基于冲压方向），防止翻边整形过程中出现起皱及开裂等缺陷。针对椭圆处起伏较大的特殊情况，翻边成形容易起皱及开裂，零件还需要考虑增加合适的工艺缺口，如图14所示。
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