在中國(guó)政府大力推動(dòng)和發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)以及環(huán)保政策日益嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，輕量化成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一，鋁合金被大量運(yùn)用到汽車白車身中以實(shí)現(xiàn)車身減重的目的。蔚來汽車首款車型ES8為國(guó)內(nèi)首款獨(dú)立研發(fā)量產(chǎn)的輕量化全鋁車身（圖1)，鋁材應(yīng)用量達(dá)96.4%，白車身重量減重至335kg，輕量化系數(shù)為2.02，并且首次使用航空級(jí)7系鋁合金。本文將對(duì)蔚來汽車鋁沖壓件的開發(fā)與生產(chǎn)維護(hù)進(jìn)行介紹，包括前期零件成本分析、CAS數(shù)據(jù)與主斷面分析、零件成形性分析、模具工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具制造加工與調(diào)試、零件母線調(diào)試與質(zhì)量?jī)?yōu)化、效率與生產(chǎn)穩(wěn)定性提升。
零件成本分析
在項(xiàng)目啟動(dòng)后，沖壓工程部將與產(chǎn)品工程部、項(xiàng)目管理部、采購(gòu)部門等進(jìn)行廠內(nèi)件策略的定義，篩選出初步的廠內(nèi)件清單，同時(shí)參與廠內(nèi)零件的材質(zhì)定義與成本評(píng)估對(duì)比，這里涉及到白車身重量、板料成本、工裝成本、生產(chǎn)成本等綜合因素的對(duì)比考慮與平衡，結(jié)合Benchmark對(duì)比分析，形成對(duì)比分析報(bào)告，以支持公司和產(chǎn)品的決策。
CAS數(shù)據(jù)與主斷面分析
從產(chǎn)品工程部拿到CAS數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)分析，包括分縫線的可行性、第一外觀面圓角與第一道翻邊面角度的定義與確認(rèn)、預(yù)測(cè)潛在外觀面品問題與解決對(duì)策、零件的潛在剛性問題等。主斷面分析主要包括沖壓方向、沖壓深度、拔模角度、零件的分片策略、零件材質(zhì)定義的進(jìn)一步明確、不同零件間的間隙評(píng)估、沖壓材料利用率評(píng)估等。在CAS和主斷面分析階段會(huì)進(jìn)行競(jìng)品車型對(duì)應(yīng)零件Benchmark收集與對(duì)比分析，如鋁板側(cè)圍開發(fā)時(shí)會(huì)參考諸如凱迪拉克、捷豹路虎、特斯拉等車型側(cè)圍零件的C柱拉延深度、特征線處成形深度等，通過設(shè)計(jì)階段減少不合理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在后期將大大提高制造工藝的可行性。
零件成形性分析
在零件成形性分析階段，不僅僅要關(guān)注模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的匹配程度，也要關(guān)注模擬輸入數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)過程中輸入的數(shù)據(jù)是否匹配。首先進(jìn)行零件產(chǎn)品數(shù)模與材質(zhì)信息的輸入確認(rèn)，在材料信息輸入前，需進(jìn)行材料性能的檢查與確認(rèn)，鋼板或鋁板供應(yīng)商提供的板料，需要實(shí)際的檢測(cè)并對(duì)比其性能與供應(yīng)商提供的性能之間的差異，避免材料性能差異引起前期輸入與后期生產(chǎn)過程中的實(shí)際輸入不匹配，特別是新材料的引入或者材料國(guó)產(chǎn)化替代的過程中需要重點(diǎn)關(guān)注，并逐步積累和建立材料的數(shù)據(jù)庫(kù)。其次在進(jìn)行沖壓方向的確認(rèn)后（圖2)，再進(jìn)行成形模擬分析與工藝規(guī)劃，并組織評(píng)審，輸出成形性更改建議報(bào)告提供給產(chǎn)品工程部門。在這個(gè)過程中主要進(jìn)行的失效分析包括零件起皺狀態(tài)（圖3)、最大的減薄狀態(tài)（圖4)、主次應(yīng)變狀態(tài)、沖擊線狀態(tài)（圖5)、滑移線狀態(tài)（圖6)等，模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限評(píng)估，模具工序規(guī)劃，材料利用率提升評(píng)估，同時(shí)進(jìn)行FLD分析以及預(yù)留安全裕度狀態(tài)評(píng)估，比如鋁件沖壓FLD安全裕度設(shè)置為8%。最后，與產(chǎn)品工程部門達(dá)成一致的產(chǎn)品修改意見，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改完善。
模具工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
產(chǎn)品工程部按照沖壓同步工程部提出的更改建議進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到SE驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后，將產(chǎn)品數(shù)模提供給中標(biāo)供應(yīng)商開始進(jìn)行模具的工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在工藝設(shè)計(jì)階段，需重點(diǎn)關(guān)注工藝的布置（圖7)、成形的穩(wěn)健性（圖8)、零件回彈的補(bǔ)償（圖9)、材料利用率的提升等，其中，在材料利用率方面，通過車型工藝優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)材料利用率提升的目標(biāo)，同時(shí)通過行業(yè)Benchmark對(duì)比，可使材料利用率達(dá)到行業(yè)最優(yōu)狀態(tài)。
首先進(jìn)行工藝方案的設(shè)計(jì)（DL圖設(shè)計(jì)與模擬)。在DL圖設(shè)計(jì)與模擬分析時(shí)，利用Autoform軟件進(jìn)行零件穩(wěn)健性的分析，通過屈服強(qiáng)度（如±20MPa)、抗拉強(qiáng)度（如±20MPa)、r值、摩擦系數(shù)（如±10%)、板料的位置（如±1mm誤差)、壓邊力（如±10%)以及板料厚度（如±10%)等輸入范圍的設(shè)置，來確認(rèn)產(chǎn)品噪聲的輸入變量。在產(chǎn)品模擬出現(xiàn)問題時(shí)（如零件開裂失效等)，從穩(wěn)健性分析結(jié)果中找到哪些輸入變量是最容易導(dǎo)致不可接受結(jié)果的，從而確定不利因素，在前期工藝設(shè)計(jì)以及后期生產(chǎn)過程中控制這些條件來提高生產(chǎn)可靠性。在穩(wěn)健的工藝基礎(chǔ)上，針對(duì)尺寸回彈進(jìn)行回彈分析，制定回彈策略補(bǔ)償方案，直到滿足產(chǎn)品的形位公差要求，補(bǔ)償完成后再次進(jìn)行穩(wěn)健性評(píng)估及外板A面的面品評(píng)估。穩(wěn)健并且精準(zhǔn)的模擬回彈是回彈補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵，回彈補(bǔ)償?shù)囊话懔鞒蹋旱谝徊綖楣に囈?guī)劃的優(yōu)化，盡可能通過工藝方案的優(yōu)化來降低尺寸的回彈，在工藝方案鎖定后，回彈補(bǔ)償應(yīng)該只作為最后的措施來降低零件尺寸與期望尺寸之間的偏差；第二步為補(bǔ)償性分析和概念優(yōu)化；第三步為穩(wěn)健性分析及補(bǔ)償前的優(yōu)化；第四步為定義補(bǔ)償策略（如曲面約束、補(bǔ)償因子等)；第五步為計(jì)算機(jī)輔助回彈補(bǔ)償；最后是穩(wěn)健性分析與補(bǔ)償后的優(yōu)化。
然后進(jìn)行工藝方案的評(píng)審與會(huì)簽。按照工藝會(huì)簽和驗(yàn)收檢查清單，逐一進(jìn)行檢查確認(rèn)，結(jié)合已投產(chǎn)車型的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過前期工藝設(shè)計(jì)避免出現(xiàn)類似問題。最后是評(píng)審問題的關(guān)閉以及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的開始。在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)檢查與修正工序內(nèi)容分布的合理性、模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的合理性、模具匹配設(shè)備的狀態(tài)與生產(chǎn)的便利性，其中包括模具尺寸的檢查、廢料滑落狀態(tài)的確認(rèn)、生產(chǎn)過程中的重復(fù)穩(wěn)定性檢查、影響模具沖程的檢查、特殊結(jié)構(gòu)使用的確認(rèn)等。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行干涉性檢查，檢查模具實(shí)現(xiàn)最高節(jié)拍的可能性以及影響因素是否規(guī)避等。
模具制造與調(diào)試
在模具制造過程中，按照項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃把控進(jìn)度，對(duì)制造、調(diào)試過程中的重要節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查與驗(yàn)收。驗(yàn)收包括泡沫或者鑄件的驗(yàn)收、首次拉延件的驗(yàn)收、首次成品件的驗(yàn)收、每輪Q-Loop質(zhì)量狀態(tài)的評(píng)審、模具預(yù)驗(yàn)收與發(fā)運(yùn)回廠安排。在模具的檢查驗(yàn)收方面，按照蔚來汽車沖壓廠的模具開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，制定各類驗(yàn)收檢查清單，按照清單逐一展開驗(yàn)收，確定驗(yàn)收問題以及關(guān)閉時(shí)間。每輪驗(yàn)收的問題需在下一輪驗(yàn)收前得到關(guān)閉，并獲得確認(rèn)。模具在發(fā)運(yùn)前經(jīng)過4～5輪的質(zhì)量?jī)?yōu)化，實(shí)現(xiàn)了零件的尺寸符合率達(dá)標(biāo)（不低于90%)、各序模具的研合著色達(dá)標(biāo)（功能區(qū)著色不低于90%)、現(xiàn)場(chǎng)造車重點(diǎn)問題得到解決、模具驗(yàn)收問題100%關(guān)閉等條件后，模具進(jìn)行刷漆和發(fā)運(yùn)準(zhǔn)備，在建立零件庫(kù)存滿足現(xiàn)場(chǎng)造車需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模具的發(fā)運(yùn)。
母線調(diào)試與質(zhì)量?jī)?yōu)化、效率與穩(wěn)定性提升
模具回廠后，開始進(jìn)行試模壓機(jī)或研配壓機(jī)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)核實(shí)，模具首次在試模壓機(jī)或者壓機(jī)生產(chǎn)線上安裝前，需在線下完成模具尺寸、模具哈丁（Harting)以及傳感器等狀態(tài)的評(píng)估，避免模具首次上線時(shí)出現(xiàn)與設(shè)備的干涉、模具部件功能不全的狀態(tài)，提高首次上線的效率。同時(shí)，需完成壓機(jī)線自動(dòng)化曲線的制作、端拾器的線下制作和線下的初步動(dòng)作模擬、模具數(shù)據(jù)（包括尺寸數(shù)據(jù)、裝模與閉合高度、各類驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣源參數(shù)、拉伸墊或者上氣墊的壓力設(shè)置等)的選擇和編碼（按照統(tǒng)一規(guī)則來設(shè)置不同模具的ID)，并提前將曲線數(shù)據(jù)和模具參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到設(shè)備中，以保障首次上線后，能夠快速完成自動(dòng)化的連線。在模具出件狀態(tài)合格的情況下，可以快速進(jìn)行壓機(jī)速度的匹配和提升。模具調(diào)試時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注整車以及內(nèi)部用戶抱怨的各類功能、外觀匹配、表面缺陷等問題的解決，同時(shí)提升模具的穩(wěn)定性，解決生產(chǎn)過程中影響批量生產(chǎn)效率的問題，解決模具沖程提高的問題等。當(dāng)模具調(diào)試穩(wěn)定后，會(huì)進(jìn)行模具的電鍍，以達(dá)到模具預(yù)期的粗糙度、硬度，同時(shí)對(duì)鋁件模具的修邊刃口進(jìn)行DLC涂層的處理來降低料屑的產(chǎn)生，以此來降低零件外觀壓痕的產(chǎn)生。模具各類問題，包括質(zhì)量抱怨、影響生產(chǎn)效率的停機(jī)問題以及現(xiàn)場(chǎng)模具拆解發(fā)現(xiàn)的問題都關(guān)閉后，可以組織模具生產(chǎn)驗(yàn)證，生產(chǎn)驗(yàn)收通過后展開PPAP流程，進(jìn)行模具的終驗(yàn)收，并移交技術(shù)圖紙、模具調(diào)試完成的樣件等給工廠，由工廠負(fù)責(zé)模具的日常維護(hù)。模具終移交后，開展模具項(xiàng)目的總結(jié)，包括整個(gè)項(xiàng)目管理過程的管理經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，通過經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的收集、分享，提煉出需要在流程體系上做出更新的內(nèi)容（L&L)以及制造方面（輸入給產(chǎn)品工程的MR)需要更新的內(nèi)容進(jìn)行更新，以便下款車型能夠避免出現(xiàn)類似的問題。
結(jié)束語
鋁件開發(fā)從前期同步工程到車型投產(chǎn)以及完成最終的PPAP，一般開發(fā)周期為2～3年的時(shí)間。在整個(gè)項(xiàng)目過程中，首先需要通過前期產(chǎn)品材質(zhì)的選擇、材料牌號(hào)的選擇、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、沖壓工藝優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健、可生產(chǎn)、低成本的沖壓工藝方案；然后經(jīng)過主機(jī)廠、模具供應(yīng)商的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具制造與調(diào)試以及質(zhì)量?jī)?yōu)化階段的調(diào)試，來實(shí)現(xiàn)前期制定的工藝方案，并能夠獲得合格的零件；最后通過工廠現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)備的匹配以及模具的持續(xù)優(yōu)化，達(dá)到穩(wěn)定高效的生產(chǎn)，降低零件返修、報(bào)廢比例，以及實(shí)現(xiàn)規(guī)劃的最高節(jié)拍生產(chǎn)等。
