在中國政府大力推動和發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)以及環(huán)保政策日益嚴格的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，輕量化成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢之一，鋁合金被大量運用到汽車白車身中以實現(xiàn)車身減重的目的。蔚來汽車首款車型ES8為國內(nèi)首款獨立研發(fā)量產(chǎn)的輕量化全鋁車身（圖1)，鋁材應用量達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7系鋁合金。本文將對蔚來汽車鋁沖壓件的開發(fā)與生產(chǎn)維護進行介紹，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)設計、模具制造加工與調(diào)試、零件母線調(diào)試與質(zhì)量優(yōu)化、效率與生產(chǎn)穩(wěn)定性提升。
零件成本分析
在項目啟動后，沖壓工程部將與產(chǎn)品工程部、項目管理部、采購部門等進行廠內(nèi)件策略的定義，篩選出初步的廠內(nèi)件清單，同時參與廠內(nèi)零件的材質(zhì)定義與成本評估對比，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比考慮與平衡，結(jié)合Benchmark對比分析，形成對比分析報告，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、預測潛在外觀面品問題與解決對策、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)定義的進一步明確、不同零件間的間隙評估、沖壓材料利用率評估等。在CAS和主斷面分析階段會進行競品車型對應零件Benchmark收集與對比分析，如鋁板側(cè)圍開發(fā)時會參考諸如凱迪拉克、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，通過設計階段減少不合理的產(chǎn)品設計，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)果與實際結(jié)果的匹配程度，也要關(guān)注模擬輸入數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)過程中輸入的數(shù)據(jù)是否匹配。首先進行零件產(chǎn)品數(shù)模與材質(zhì)信息的輸入確認，在材料信息輸入前，需進行材料性能的檢查與確認，鋼板或鋁板供應商提供的板料，需要實際的檢測并對比其性能與供應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)過程中的實際輸入不匹配，特別是新材料的引入或者材料國產(chǎn)化替代的過程中需要重點關(guān)注，并逐步積累和建立材料的數(shù)據(jù)庫。其次在進行沖壓方向的確認后（圖2)，再進行成形模擬分析與工藝規(guī)劃，并組織評審，輸出成形性更改建議報告提供給產(chǎn)品工程部門。在這個過程中主要進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)強度極限評估，模具工序規(guī)劃，材料利用率提升評估，同時進行FLD分析以及預留安全裕度狀態(tài)評估，比如鋁件沖壓FLD安全裕度設置為8%。最后，與產(chǎn)品工程部門達成一致的產(chǎn)品修改意見，并對產(chǎn)品進行修改完善。
模具工藝與結(jié)構(gòu)設計
產(chǎn)品工程部按照沖壓同步工程部提出的更改建議進行優(yōu)化達到SE驗收標準后，將產(chǎn)品數(shù)模提供給中標供應商開始進行模具的工藝、結(jié)構(gòu)設計。在工藝設計階段，需重點關(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)化可實現(xiàn)材料利用率提升的目標，同時通過行業(yè)Benchmark對比，可使材料利用率達到行業(yè)最優(yōu)狀態(tài)。
首先進行工藝方案的設計（DL圖設計與模擬)。在DL圖設計與模擬分析時，利用Autoform軟件進行零件穩(wěn)健性的分析，通過屈服強度（如±20MPa)、抗拉強度（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%)等輸入范圍的設置，來確認產(chǎn)品噪聲的輸入變量。在產(chǎn)品模擬出現(xiàn)問題時（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致不可接受結(jié)果的，從而確定不利因素，在前期工藝設計以及后期生產(chǎn)過程中控制這些條件來提高生產(chǎn)可靠性。在穩(wěn)健的工藝基礎上，針對尺寸回彈進行回彈分析，制定回彈策略補償方案，直到滿足產(chǎn)品的形位公差要求，補償完成后再次進行穩(wěn)健性評估及外板A面的面品評估。穩(wěn)健并且精準的模擬回彈是回彈補償?shù)年P(guān)鍵，回彈補償?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，回彈補償應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；第二步為補償性分析和概念優(yōu)化；第三步為穩(wěn)健性分析及補償前的優(yōu)化；第四步為定義補償策略（如曲面約束、補償因子等)；第五步為計算機輔助回彈補償；最后是穩(wěn)健性分析與補償后的優(yōu)化。
然后進行工藝方案的評審與會簽。按照工藝會簽和驗收檢查清單，逐一進行檢查確認，結(jié)合已投產(chǎn)車型的經(jīng)驗教訓，通過前期工藝設計避免出現(xiàn)類似問題。最后是評審問題的關(guān)閉以及模具結(jié)構(gòu)設計的開始。在模具結(jié)構(gòu)設計方面，重點檢查與修正工序內(nèi)容分布的合理性、模具結(jié)構(gòu)強度的合理性、模具匹配設備的狀態(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、生產(chǎn)過程中的重復穩(wěn)定性檢查、影響模具沖程的檢查、特殊結(jié)構(gòu)使用的確認等。在結(jié)構(gòu)設計完成后進行干涉性檢查，檢查模具實現(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，按照項目進度計劃把控進度，對制造、調(diào)試過程中的重要節(jié)點，進行現(xiàn)場檢查與驗收。驗收包括泡沫或者鑄件的驗收、首次拉延件的驗收、首次成品件的驗收、每輪Q-Loop質(zhì)量狀態(tài)的評審、模具預驗收與發(fā)運回廠安排。在模具的檢查驗收方面，按照蔚來汽車沖壓廠的模具開發(fā)標準，制定各類驗收檢查清單，按照清單逐一展開驗收，確定驗收問題以及關(guān)閉時間。每輪驗收的問題需在下一輪驗收前得到關(guān)閉，并獲得確認。模具在發(fā)運前經(jīng)過4～5輪的質(zhì)量優(yōu)化，實現(xiàn)了零件的尺寸符合率達標（不低于90%)、各序模具的研合著色達標（功能區(qū)著色不低于90%)、現(xiàn)場造車重點問題得到解決、模具驗收問題100%關(guān)閉等條件后，模具進行刷漆和發(fā)運準備，在建立零件庫存滿足現(xiàn)場造車需求的基礎上，進行模具的發(fā)運。
母線調(diào)試與質(zhì)量優(yōu)化、效率與穩(wěn)定性提升
模具回廠后，開始進行試模壓機或研配壓機的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)核實，模具首次在試模壓機或者壓機生產(chǎn)線上安裝前，需在線下完成模具尺寸、模具哈�。℉arting)以及傳感器等狀態(tài)的評估，避免模具首次上線時出現(xiàn)與設備的干涉、模具部件功能不全的狀態(tài)，提高首次上線的效率。同時，需完成壓機線自動化曲線的制作、端拾器的線下制作和線下的初步動作模擬、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)動機構(gòu)的氣源參數(shù)、拉伸墊或者上氣墊的壓力設置等)的選擇和編碼（按照統(tǒng)一規(guī)則來設置不同模具的ID)，并提前將曲線數(shù)據(jù)和模具參數(shù)數(shù)據(jù)導入到設備中，以保障首次上線后，能夠快速完成自動化的連線。在模具出件狀態(tài)合格的情況下，可以快速進行壓機速度的匹配和提升。模具調(diào)試時，重點關(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。當模具調(diào)試穩(wěn)定后，會進行模具的電鍍，以達到模具預期的粗糙度、硬度，同時對鋁件模具的修邊刃口進行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)效率的停機問題以及現(xiàn)場模具拆解發(fā)現(xiàn)的問題都關(guān)閉后，可以組織模具生產(chǎn)驗證，生產(chǎn)驗收通過后展開PPAP流程，進行模具的終驗收，并移交技術(shù)圖紙、模具調(diào)試完成的樣件等給工廠，由工廠負責模具的日常維護。模具終移交后，開展模具項目的總結(jié)，包括整個項目管理過程的管理經(jīng)驗與教訓，技術(shù)經(jīng)驗與教訓，通過經(jīng)驗和教訓的收集、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年的時間。在整個項目過程中，首先需要通過前期產(chǎn)品材質(zhì)的選擇、材料牌號的選擇、產(chǎn)品的設計與優(yōu)化、沖壓工藝優(yōu)化來實現(xiàn)穩(wěn)健、可生產(chǎn)、低成本的沖壓工藝方案；然后經(jīng)過主機廠、模具供應商的工藝和結(jié)構(gòu)設計、模具制造與調(diào)試以及質(zhì)量優(yōu)化階段的調(diào)試，來實現(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)場與設備的匹配以及模具的持續(xù)優(yōu)化，達到穩(wěn)定高效的生產(chǎn)，降低零件返修、報廢比例，以及實現(xiàn)規(guī)劃的最高節(jié)拍生產(chǎn)等。
