沖壓模具行業“降本談”

文/陳惠濱，高憲臣，鄧應華·天津汽車模具股份有限公司

中國的汽車工業高速發展了二十多年，已經從“增量競爭”進入到“存量競爭”的時代，近兩年雖然新能源汽車蓬勃發展，產銷量快速上升，但傳統燃油車產銷量在持續下降，汽車的總體年銷量徘徊在2600 萬輛左右已經有兩三年時間了。汽車行業面臨空前的競爭壓力，以降價來獲取市場份額成為國內外各大主機廠的普遍現象。制造成本的管控能力逐漸在主機廠的核心競爭力中占據越來越重要的位置。汽車模具行業作為汽車行業的下游供應商，近年來除了承擔來自主機廠客戶要求的周期、質量壓力外，也承受了巨大的要求降低模具價格的壓力，同步伴隨著大宗商品價格及人工成本上漲因素，中國的模具企業也切身感受到了與十年前歐美和日本模具企業一樣的困境，“沒有失敗在技術水平和管理能力，先失敗在了難以再壓縮的成本水平上”。

質量、周期、成本是任何一個項目及任何一種產品開發都需要兼顧的三大要素。滿足客戶對模具的質量和周期越來越高的要求是需要成本代價的。優秀的企業能夠通過管理和技術創新、不斷提升效率、提升質量來滿足客戶日益增長的質量和周期要求，保持行業領先地位。一個要做引領模具行業發展的旗艦企業，首先要具備一個優秀企業應有的成本控制能力。當前整個行業，包括天汽模，實際情況更多的是：因為質量和周期無法達到不斷提升的客戶需求，進而為追趕質量和周期目標導致成本的失控。所以當前模具行業降本更要提倡從技術和管理能力提升來做到“增效降本”和“提質降本”。從社會發展實際分析，人工成本占模具總成本的比重基本無法降低且為滿足員工自身生活改善需求而不斷提升。降本也只能從采購成本削減、人員效率提升、輸出物質量提升、模具返修成本控制以及管理費用降低等方面來提升每一個項目的利潤率。

模具明細采購成本的控制

沖壓模具的采購成本可以分為直接采購成本和間接采購成本。直接采購成本為模具設計完成后生產所需的模具(物料)明細成本，間接采購成本主要是和日常制造過程消耗品有關，如加工刀具、潤滑油、勞保用品等普通物料成本。其中占整體采購成本(不含試模料采購)約90%、占模具制造費用約38%比例的模具直接采購成本是降本工作的重中之重。

模具明細由模具結構設計輸出的三維實體決定，而模具開發技術協議和主機廠、模具廠甲乙雙方圖紙會簽過程直接決定了模具設計，圖紙會簽首先要尊重招投標過程中雙方簽訂的技術協議。如何根據新開發車型的定位和產量綱領(年產量×生產年限)、生產條件(廠房、設備、物流)而做出適合主機廠自身和本車型的模具開發技術協議，很大程度上決定了模具的實際開發成本。

當前模具開發技術協議存在兩個問題，一是新興的新能源主機廠“拿來主義”拼湊而成，過多強調對標高標準，根據本公司和車型需求實際優化不足。二是根據傳統主機廠因模具開發使用過程中出現的偶發質量問題不斷對技術協議層層加碼，要求越來越高。從材質、外觀、操作性和維護性考慮的高標準的模具不是高標準的沖壓件產品的必要需求，日系主機廠對沖壓件的品質要求都不低，但模具總體開發和使用成本并不高。

豐田、本田等依靠多年的模具開發和成本優化經驗，真正達到了“能用、夠用”的成本控制水平。圖1 是兩套拉延模具結構圖對比展示，生產同樣大小的車門內板零件，左邊的日系風格模具明顯更為輕巧緊湊，重量比右側歐美系風格拉延模輕35%。從模具材質來看，左側日系拉延模上模和壓邊圈為QT600，下模模座和凸模設計成一體，材質為FC300，右側的拉延模全部采用常用但成本更高的GGG70L。

圖1 不同設計風格的拉延模結構對比

綜合材質和重量，左右兩套使用效果基本一致的拉延模采購成本能差一半。2020 年某國產新能源品牌和長安馬自達的兩款車型在天汽模開發的4 門內外板和機蓋內外板的模具，采購成本同樣差了一倍，除國產品牌產品工序數量多外，成本差別主要來自甲方技術協議要求的模具結構形式和鑄件材質、標準件廠家等?？梢娂夹g協議優化采購降本有很大的潛力。在當前行業上下游，主機廠和模具廠都面臨巨大的成本壓力，通過技術協議的優化達到前期“技術降本”的目的，對于甲乙雙方達成長期合作共贏尤為重要和迫切。

模具開發技術協議的優化，直接關乎模具直接采購成本的優化，具體可優化的項次參見表1，重點是通過模具減重和降低材料牌號把占比模具明細采購成本約60%的鑄件成本降下來。當前大多數車型的外覆蓋件模具，一般材質抗拉強度不超過340MPa，料厚不超過0.8mm，總體沖次在50 萬次以內。完全可以采用價格更低的QT600 或帶合金強化、淬火性能比QT600 稍好的QT600M 替代當前普遍使用的GGG70L 合金鑄鐵材質。當前有限元結構強度分析在模具設計中的應用，也支持在保證模具強度和壽命的情況下做模具結構輕量化設計，通過大模具挖空、減少加強筋的尺寸來降低模具重量。而當前國產氮氣缸和標準件的質量，也完全能達到實際使用需要并已經進入了包括大眾、通用在內的主流合資品牌的供應商體系，國產新車型完全可以放心使用。

表1 模具技術協議采購成本重點優化措施

模具制造過程“增效降本”

“增效降本”就是要提高人力資源和設備資源的生產效率和利用效率，來降低或攤薄單位產出對應的人工成本和設備折舊成本。隨著過去幾年新能源汽車行業的大發展，模具行業大量的成熟人才跳槽到了新能源主機廠從事模具開發技術或項目管理等工作，導致模具行業普遍存在技術人員短缺、員工年輕化、技能和經驗不足的情況，大大影響了生產效率。以往更多的是通過延長工作時間來提升人員使用效率，通過不斷的基礎培訓來提升作業員工的業務熟練程度、減少反復犯錯的幾率來提升工作效率。但傳統制造行業的少人化、無人化以及減少工作時間和工作強度是大勢所趨。增效降本應該更多地傾向于：強調技術研發創新、作業流程優化來減少對人的依賴，降低工作流程對于人員技能的要求。能讓軟件和設備來做的，不要讓人來做；把復雜工作分解成普通員工就能做的簡單工作，不要讓高職級員工來做。

模具制造過程“增效降本”重點措施參見表2。首先要提升技術的設計效率。依靠二次開發、標準件實體化和機構模塊化，類似于天汽模這樣的大型模具企業在結構設計自動化提升設計效率方面已經有了一定的基礎，但再進一步通過智能化設計來提升設計效率，各模具企業都面臨開發人才短缺且專業化開發水平低的問題。最好的解決方案就是各頭部模具企業能聯合起來委托軟件公司開發專門針對沖壓模具行業的智能設計模塊，各模具企業可以分攤開發成本，共享開發結果。模具結構設計本身不是什么核心技術，效率提升、減少設計人工成本是行業整體需求，合作開發是完全可行的。

表2 模具制造各環節效率提升重點優化措施

模具加工過程的效率提升重點在于擴大無人化加工應用范圍。如果有安全可靠的程序，數控加工的無人化是能做到的。但往往企業擁有自動化程度非常高的高速、五軸加工中心，卻很難做到無人值守加工。加大數控編程前期規劃、操作和仿真工時投入，充分利用編程軟件如PowerMILL的數控機床宏命令結合自身編程規范、模具加工經驗，把整個加工設備的不同單元有機組合，確保制造體系的協調統一，生成智能化的程序，包含如自動換刀、測刀、自動換輔助頭、換輔助頭后W 軸自動差值補償、刀具折斷判斷等功能信息，在程序傳輸到數控機床之前，通過PowerMILL 真實環境仿真技術，把所有可能存在的碰撞、過切有效避免，就可以讓無人值守加工安全進行。切實做到少人化、無人化的“增效降本”。

模具調試環節的效率提升重點在于縮減模具著色研合的工時。研合工時又和模具的型面加工精度和模面間隙設計合理性息息相關。完善設備日常維護保養、加強設備幾何精度復查和調整可以提高加工設備精度，同時，優化背吃刀量、進給速度和轉速等切削加工參數，可以將大型模具型面加工精度控制在±0.05mm，中小型模具控制在±0.03mm。模面間隙精確設計的難度在于沖壓成形是個綜合板料變形、模具彈性變形乃至壓機變形的動態過程，通常模面間隙只能考慮板料的模擬減薄和壓機變形經驗補償，沒有考慮模具彈性變形。只有通過沖壓過程板料變形和模具變形耦合有限元分析，才能較為精確地預估到模具的彈性變形量。日本JSTAMP 軟件已經推出了這項有限元分析技術商用模塊，并在日本各大主機廠的模具公司開始應用。國內當前還處于初期摸索階段，有望在一年內達到實際應用。另外，通過研合工作開展前的首件模具研合間隙確認，能有效評估研合工作量，當研合間隙大于0.1mm 時，模具型面重新精加工一次的成本可能比鉗工多花費兩周時間研合拉延模的成本更低。

模具制造過程“提質降本”

模具制造過程流程長、工序節點多?！疤豳|降本”重點就是要找到后序用戶對于交付物的質量要求訴求和痛點，有針對性持續提升交付物的質量來減低后序部門工作難度，提升后序部門的工作效率。通過本工序交付物質量的提升來降低后序部門的成本，進而帶來模具全工序、全開發周期內的成本降低。強調提質降本，需要首先提升各部門領導的格局，不要只局限于自身工作便利性和工作量的考量，把部門降本工作的重點放在提升交付物的附加值，把以前后序部門干起來很費勁的工作放在本工序來做。加強內部質量控制，一次做對，減少給后序工作造成的異常反復。

模具制造各環節質量提升重點優化措施參考表3，重中之重是提升模具的出廠質量。模具行業普遍面臨在主機廠交付周期長、交模人員過多導致的終驗收成本失控的問題，甚至出現過某些模具廠因為終驗收時間遙遙無期而放棄30%的模具尾款、面臨被客戶“封殺”也要主動撤離人員放棄終驗收的情況?？刂平K驗收成本需要大力提升模具出廠質量，質保部門不能輕易把能在“家里”做好的工作讓步放行到客戶母線去完成。

表3 模具制造各環節質量提升重點優化措施

在模具調試周期一再被壓縮的情況下，也要做到提升出廠質量。作為模具出廠前的最后一個生產部門，模具調試部門必須對前序的技術、加工、裝配部門提需求。前期技術強化應用六西格瑪成形及回彈穩定性分析、產品和工藝FEMA 研討論證以及CAE 虛擬調試技術，可大大減少模具調試階段的零件成形問題，鋼板覆蓋件的首件合格率當前平均可以穩定達到85%以上，其中約有30%的零件能達到90%以上。前期FEMA 和CAE 虛擬調試可以讓模具從調試開始就有的放矢，通過材料流入量匹配、前期FEMA 問題驗證和調試、各工序件回彈掃描對比分析等等，能大大提升沖壓零件合格率，提升整改方案的周期和準確性，把模具精度提升的整改輪次控制在2 ～3 輪。減少模具調試和整改時間，才有可能讓調試部門投入更多的人員和工時用于模具精細化處理，減少模具驗收的問題和銷項速度，提升模具出廠質量。

結束語

本文分析了汽車模具行業普遍存在采購成本過高、模具質量和周期失控導致成本增加的問題，針對模具開發流程長、節點多、技術密集型和人才密集型的特點，結合天汽模內部開展的降本工作，提出“采購降本”“增效降本”和“提質降本”的重點措施方法?？傮w上，中國的模具行業在管理和技術水平上還有較大的提升空間，只要在增強管理和技術水平的同時加強成本管控能力，全球模具制造向中國轉移的趨勢就還會再繼續并加速，中國的汽車模具行業還是大有希望的。

由于自身的學識能力不足及文章篇幅有限，對于模具成本控制的研究還存在諸多不足之處。沒有從模具成本體系構成及成本管控機制來全面分析模具開發成本控制問題，而且提出的降本對策還不夠細致，在以后的研究中有待進一步論證。