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目錄
? 車身制造不可缺少的模具
? 將汽車外觀設(shè)計圖紙變成實物的工作
? 以微米為單位手動調(diào)整龐大的模具
? “連續(xù)工作”4年的沖壓模具
? 海外工廠的母工廠
? 無法轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的感覺、技能和經(jīng)驗
? 為了“制造更好的汽車”
在當(dāng)今這個以3D打印、AI技術(shù)為代表的數(shù)字化備受矚目,造車行業(yè)的一線其實還存在著一些依靠“老手藝”而運(yùn)轉(zhuǎn)的部門。
ToyotaTimes將聚焦這些用其自身精湛技藝支撐起汽車行業(yè)的“匠人”們。并開啟一個直指日本制造業(yè)精髓的新特輯“支撐日本汽車制造業(yè)的匠人們”。
這次我們采訪的是“沖壓模具匠人”和田安信。
第5期 打造車身沖壓機(jī)模具的“沖壓模具匠人”和田安信
豐田汽車公司 移動出行部 產(chǎn)品保證課 首席專家
可以說車身就是汽車本身,在汽車中承擔(dān)眾多重要的功能。
它不僅決定了汽車的“外觀”,還阻擋了外界的風(fēng)雨、嚴(yán)寒酷熱,隔離了行駛中的風(fēng)聲和噪音,為乘車人保駕護(hù)航。在交通事故或碰撞中,更是化身為乘車人的生命守護(hù)者。
對于一輛汽車來說,車身是根基。要裝配出讓汽車真正發(fā)揮“行駛、轉(zhuǎn)彎和停止”等基礎(chǔ)功能的發(fā)動機(jī)和懸架之前,首先必須有車身。沒有車身,汽車永遠(yuǎn)只能停留在圖紙上。因此對于車身而言,堅固、輕量、寬敞的車內(nèi)空間以及高品位的外觀是必須具備的要素。
車身由底板、車門框、車頂板、前、中、后立柱和橫梁、擋泥板和發(fā)動機(jī)罩、后備箱蓋和門板等汽車中的大型部件構(gòu)成,并且這些車身零件幾乎全部由鋼板(鐵板)制成。
那么,鋼板是如何變?yōu)楦鞣N形狀各異的車身零件呢?
模型車的車身是鈑金匠人一錘一錘敲打而成的,這其中的過程在本系列的第4期報道中已經(jīng)為大家詳細(xì)介紹了。但是,量產(chǎn)車的車身是無法由手工一一加工的。
這里采用的制造方式就是沖壓。通過使用一臺大型沖壓機(jī)和一套設(shè)置在沖壓機(jī)上的上下配套模具,各種車身配件一個個被制造出來。
將鋼板放置在配備了模具的沖壓機(jī)上,以1600噸的壓力進(jìn)行壓制
一次壓制后,鋼板瞬間變成汽車側(cè)梁
將依照車身零件形狀進(jìn)行初步切割后的鋼板夾在上下裝配了模具的沖壓機(jī)中間,施加1600噸的壓力,鋼板被擠入模具內(nèi),并變形成沖壓模具的形狀。通過多次重復(fù)的沖壓工序,鋼板最終成為車身零件。
豐田的第一輛轎車是 AA 型汽車(1936-1943 年),這是第一輛全鋼板車身的轎車。從這一輛車開始,豐田開啟了沖壓加工生產(chǎn)車身的篇章。
但AA型車身實際上大多由工人手工打造,當(dāng)時只有少數(shù)車身零件是從500噸壓力的沖壓機(jī)中誕生的。
豐田工業(yè)技術(shù)紀(jì)念館(名古屋市)內(nèi)展示的豐田 AA 模型車。優(yōu)雅的流線型車身上更多凝聚的是鈑金匠人的手工心血
事實上,直到1955 年 1 月初代CROWN發(fā)布,豐田汽車才真正意義上邁出了沖壓加工生產(chǎn)車身的第一步。
當(dāng)年,為了生產(chǎn)初代CROWN,1959年開始運(yùn)轉(zhuǎn)的豐田元町工廠的沖壓生產(chǎn)線首次引進(jìn)了當(dāng)時最先進(jìn)的美國鄧?yán)局圃斓?00噸沖壓機(jī)。之后,豐田的沖壓技術(shù)走上了飛速發(fā)展之路。
1955 年首次亮相的初代豐田CROWN——TOYOPET CROWN
本期報道的主角和田安信是一名沖壓模具的制造大師,使用大型沖壓機(jī)制造大型車身零件時必不可少的沖壓模具很多都是出自他手。他曾榮獲專業(yè)技能“S級”的技能認(rèn)證,在部門內(nèi)僅有2人擁有此高規(guī)格的認(rèn)證證書??梢哉f他是一名站立在沖壓模具巔峰的頂級匠人。
“構(gòu)成一輛汽車的3萬多個零件中約有 1000個是鋼板制成,在這1000多個零件中,又有90%左右是通過模具沖壓方式加工制成。我主要負(fù)責(zé)制造車身外板的沖壓模具,而車身外板是沖壓零件中體積最大的部分。從組織體系來說,我隸屬于工程裝配部門。從1982年進(jìn)入公司以來,我從沒離開過這個崗位。”
和田出生在以柑橘聞名的靜岡縣原三日町(現(xiàn)濱松市北區(qū)),從原引佐高中(現(xiàn)濱松湖北高中)的機(jī)械系畢業(yè)后加入豐田。當(dāng)初選擇進(jìn)入豐田的原因是自己的叔叔也是豐田的一名員工。
“我剛進(jìn)公司時被分配在生產(chǎn)線上工作,一心只想著制造汽車。我是1982年進(jìn)入公司的,當(dāng)時沖壓模具基本上都由經(jīng)驗豐富的老師傅手工制作,手工工人達(dá)到了約300名。每天工作結(jié)束,大家都會被切割下來的黑色模具粉末弄得灰頭土臉一身黑。”
當(dāng)時工廠很陳舊,大型設(shè)備和模具堆滿車間,最初和田看到自己工作崗位不由得心生膽怯,“難道要在這么臟的地方工作嗎?并且還有這么大的模具在上方運(yùn)行(起重機(jī)搬運(yùn)),真是可怕的工作環(huán)境”不過,很快他就習(xí)慣了這一切,一邊觀摩前輩們的工作,一邊抱著一定要超越前輩的決心,心無旁騖,一心一意想著努力提高自己的技能。
當(dāng)時和田的主要工作就是制造生產(chǎn)線要使用的外板沖壓模具。
汽車設(shè)計是由設(shè)計師完成的,但設(shè)計出來的圖紙,特別是外觀設(shè)計,如果沒有類似和田這樣的沖壓模具匠人的高超技能,也只能永遠(yuǎn)停留在紙上。
能否真正在實際車輛外觀上展現(xiàn)出設(shè)計師筆下的優(yōu)雅和格調(diào),取決于車身外板能否按照設(shè)計圖紙成型。實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵就是和田所打造的外板沖壓模具。
“車身外板零件中,體積最大是側(cè)梁外板,它也是構(gòu)成整個車身側(cè)部的重要部位,被稱之為‘汽車外觀設(shè)計的關(guān)鍵’。這個零件的模具長達(dá)約4.5米,寬約2.3米,上下模組合時重量更是達(dá)到了約30噸。如果這個模具上出現(xiàn)了絲毫問題,那么將1600噸的壓力施加在夾在上下模之間的大鋼板進(jìn)行沖壓加工時,部分鋼板就會出現(xiàn)開裂、變形,嚴(yán)重影響外觀的完整性?!?/p>
側(cè)梁外板等外板沖壓加工中所使用的大型模具都是采用鑄造工藝制造。打造模具時,首先會使用計算機(jī)的 CAD 軟件完成設(shè)計模具。
接下來,與豐田合作的鑄件制造廠會根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù),做出一個巨大的鑄模。豐田收到鑄模后,再使用內(nèi)部的大型數(shù)控機(jī)床(數(shù)控)進(jìn)行切割,并根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行精密加工。但直至這個階段,模具還不算完成。
接下來就是和田等工程裝配部門的沖壓模具匠人登場,由他們大顯身手。將巨大模具設(shè)置在同樣巨大的沖壓機(jī)上。鋼板會在這個模具上反復(fù)進(jìn)行“試沖壓” ,檢查出存在的問題,并調(diào)整(校正)模具。
“當(dāng)你真正使用模具去‘試沖壓’一塊鋼板時,會出現(xiàn)各種各樣的問題,鋼板的某些部位上會出現(xiàn)起皺或扭曲,還有某些部位會出現(xiàn)裂紋。我們進(jìn)行反復(fù)的檢查,不斷去切割打磨模具表面,通過‘調(diào)整’避免這些問題和缺陷的發(fā)生?!?/p>
通過觀察光線的流動來檢查車身的變形,眼中絕不放過哪怕1/1000毫米的變形
這項調(diào)整工作正是“匠人”的舞臺。
“試沖壓”后的外板立在一個特殊的支架上,使用特殊的照明器具(平面燈)照射外板,用肉眼和手指細(xì)致入微地確認(rèn)光線流動的變化和面板表面的反射,檢查外板表面是否有任何變形以及變形的位置和狀態(tài)。
即使不是專業(yè)工人,也許也可以一眼看到外板上的“裂縫”和“褶皺”。但是對于外板變形,一般人是難以覺察的。但是外板上哪怕是 1/1000 毫米的微弱變形都難以逃脫和田的眼睛。
“最容易出現(xiàn)問題并且最難調(diào)整的部分,就是面板上設(shè)計的線條不是直線而是彎曲時,曲線幅度漸漸變緩的部分,以及直線相互交叉形成的夾角漸漸收窄的部分。這些部位最容易出現(xiàn)鋼板開裂和變形。
和田對試沖壓后的外板和模具兩者都進(jìn)行詳細(xì)檢查后,再次開始調(diào)整一個數(shù)米長、數(shù)十噸重的巨大模具。這種“模具檢查”方法實際上是一種模擬化的方法。
正在全神貫注檢查模具的和田
在檢查中也可以使用測量儀器,但最終調(diào)整憑借的只有匠人們一雙眼以及簡單的直尺,打磨工具也僅僅是切割平整直線型的細(xì)磨石。匠人們將手中的磨石輕輕摩擦模具的表面,通過這種方式了解模具的狀態(tài)。在這個過程中,匠人們借助于長年累月積攢的經(jīng)驗,思考在哪個位置,如何調(diào)整模具。
“使用這種磨石在模具上來回摩擦 10 次,可以將表面刮掉約 3/1000 毫米。大幅度的調(diào)整時會使用切割工具,但是如果是微調(diào),用到的就是砂紙或此類磨石?!?/p>
沉浸在調(diào)整工作中的和田在腦海中模擬重現(xiàn)沖壓加工過程中模具和鋼板的運(yùn)動,這是模具匠人們不可或缺的直覺。想要擁有這種直覺至少需要 10 年的經(jīng)驗積累。因此,和田說這是“十年磨一劍”。
戴上手套,使用磨石細(xì)致地摩擦一個龐大的車身零件模具,使用工具調(diào)整
“使零件能按照設(shè)計圖紙制造出來而調(diào)整模具的方法并非只有一種。如何切割、在哪里切割,怎樣去改變模具的形狀,其實每一個師傅各有各法。我會憑借著自己經(jīng)驗和技能,綜合思考哪個才是最好的調(diào)整方法,然后付諸行動。”
對于普通人而言,也許永遠(yuǎn)不會意識到的大型外板上的一點(diǎn)點(diǎn)細(xì)微的變形,但是和田可以利用光線照射敏銳地覺察到。
即使是長達(dá)數(shù)米、重達(dá)數(shù)十噸的形狀復(fù)雜的模具,依靠自己眼睛和指尖觸感,借助著過去點(diǎn)滴積累的經(jīng)驗,以微米級單位打磨出極致的理想形狀。這種敏銳、細(xì)膩的直感以及卓越出色的技能讓旁人只能嘆為觀止。
使用磨石打磨調(diào)整一個大型模具,檢測工具就是自己眼睛和觸感
經(jīng)過和田等匠人們一雙雙手精益求精反復(fù)調(diào)整而最終完成的模具被安裝在生產(chǎn)線上的超大型沖壓機(jī)上,這一套模具將一直在生產(chǎn)線上使用直至車型改版。而模具使用的苛刻環(huán)境是超乎想象的。
在實際生產(chǎn)線中,每分鐘要高速加工約16塊鋼板。換句話說,模具每3.75秒就要承受一次1600噸的壓力。
并且這種高速的加工過程是不間斷地持續(xù)進(jìn)行。目前,車型的改款周期多數(shù)為四年, 因此,外板的沖壓模具必須歷經(jīng)長達(dá)四年的嚴(yán)酷考驗。
4條生產(chǎn)線為沖壓產(chǎn)線,設(shè)置在生產(chǎn)線上的超大型沖壓機(jī)
而且,外板的沖壓并非一道工序就可以一步到位。一次成型會導(dǎo)致鋼板破裂,因此沖壓加工需分幾道工序完成。
在豐田的加工工廠中,從原始的鋼板到最終成型的外板,如果是豪華款車型最多需要沖壓4次(4道工序)。在這種情況下,一個零件的誕生,必須按照4個加工階段配備不同的形狀的模具。
和田所屬部門不僅僅負(fù)責(zé)日本國內(nèi)工廠的模具調(diào)整。
豐田工廠遍布世界各地。在日本完成調(diào)整的模具會成為海外工廠外板沖壓工程中使用的母模。在某些情況下,模具甚至?xí)凰偷胶M夤S,直接在當(dāng)?shù)毓S使用。另外,在日本工廠完成的模具還會被精確測量并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)會發(fā)送到海外各地,當(dāng)?shù)毓S就可以根據(jù)數(shù)據(jù)復(fù)制模具。
換句話說,這里是豐田全球外板車身模具制造的母工廠。
無論海外工廠采用哪種方式利用母模,和田和他的伙伴們都會親自前往海外工廠出差。在日本制造并交付到現(xiàn)場的模具,或者是基于母模數(shù)據(jù)在當(dāng)?shù)刂圃斓哪>?,最終都必須安裝在當(dāng)?shù)氐臎_壓機(jī)上,和田和他的伙伴們必須與當(dāng)?shù)貑T工共同完成模具調(diào)整,從而確保海外制造與日本制造保持相同的品質(zhì)。
和田等匠人們將這一工程裝配工作稱為“再現(xiàn)”。為了完成這項費(fèi)時費(fèi)力的“再現(xiàn)”工作,和田曾在中國工作過一年,還在印度尼西亞工作過三年,還曾在其他世界各地的成型工廠好幾個月。
2019年為指導(dǎo)工作,前往加拿大豐田汽車制造公司出差,與當(dāng)?shù)貑T工的合影
“海外的沖壓機(jī)有可能和日本規(guī)格不一樣,有一些還是舊設(shè)備,所以如果只是簡單地裝上日本運(yùn)過來的模具,制造出來外板是難以保持與日本相同的品質(zhì)。通過嘗試沖壓,反復(fù)確認(rèn)成品的效果,并根據(jù)實際調(diào)整模具是不可缺少的環(huán)節(jié)?!?/p>
和田說,在語言不通的海外環(huán)境中,要與當(dāng)?shù)貑T工順利合作工作,首先自己必須展示出作為指導(dǎo)者的技術(shù)實力,否則當(dāng)?shù)貑T工是不會跟隨一位無法令人信服的指導(dǎo)者工作的。
以高超技能獲得信任,建立信賴關(guān)系后才能真正第一次與當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T進(jìn)行交流。
另外,正如剛才所提到的,制造業(yè)的數(shù)字化和數(shù)據(jù)化也在改變著沖壓模具業(yè)務(wù)方式。
自 2000 年以來,沖壓模具的 CAD/CAM 精度不斷提高,采用新的技術(shù),將和田和他的伙伴的技能轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)的活動也在不斷推進(jìn)中。
“當(dāng)然,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換有它的優(yōu)勢。例如,如果在當(dāng)?shù)卣{(diào)整模具失敗,可以使用設(shè)計數(shù)據(jù)在當(dāng)?shù)刂匦录庸ぶ谱髂>?,然后再重新調(diào)整。這在過去是不可想象的。這些都是得益于數(shù)字化的進(jìn)步?!?/p>
和田他們與豐田其他部門一樣,正在努力將沖壓模具制造的工作和技能實現(xiàn)徹底的數(shù)字化和數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)換。
然而,沖壓模具制造中還存在無法單純地轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、只能通過感覺和技能表達(dá),只能通過經(jīng)驗理解的細(xì)微部分。如何將這些感覺和技能傳承下去,這是和田的部門現(xiàn)在面臨的一大課題。
在生產(chǎn)現(xiàn)場培養(yǎng)年輕的沖壓模具匠人也是和田的一項重要工作
“模具的沖壓加工中,有很多東西在沒有開始實際加工前是無法知曉的。當(dāng)我在電腦顯示器上看到 3D 設(shè)計軟件設(shè)計出來的沖壓模具圖紙時,大概可以預(yù)想到哪里會出現(xiàn)問題。但是實際上真正會出現(xiàn)怎樣的麻煩,只有在實際去沖壓工程中才能知道。”
最難的是經(jīng)驗的積累。在和田的時代,“失敗”是工序中必然的步驟。然而在現(xiàn)在,從設(shè)計到生產(chǎn)的周期已大大縮短,對于年輕一代的匠人們來說,已經(jīng)無法給與他們“失敗”時間。和田說:“這個矛盾一定要想辦法解決”。
“隨著沖壓模具制造的數(shù)字化,只有培養(yǎng)能應(yīng)對數(shù)字化的人才,才能迎接新時代的到來的。但是,所有如果沖壓模具制造全部實現(xiàn)數(shù)字化,是不是就不再需要沖壓模具匠人呢?”
對于憑借著非凡的技藝,和田已經(jīng)坐上豐田模具匠人第一把交椅,但是他卻說,“我的水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,我還要繼續(xù)進(jìn)步?!?/p>
2009 年豐田章男就任社長,豐田的汽車制造發(fā)生了翻天覆地的變化。
“自從社長擲地有聲宣布’讓我們制造更好的汽車’以來,汽車的設(shè)計,尤其是車身,發(fā)生了巨大的變化。這是因為社長的這句豪言壯語改變了設(shè)計師們、改變了我們這些與車輛設(shè)計相關(guān)人員的想法,我們會自主地意識到‘我們要制造出更具外形吸引力的汽車’。在那之前,豐田的車身多采用‘圓弧狀設(shè)計’,因為這種設(shè)計在沖壓加工中不易變形,模具制作相對容易。也就是說,在過去設(shè)計開始前,就會以各種理由提出沖壓的要求,而設(shè)計師需要根據(jù)這些要求進(jìn)行設(shè)計。
左邊是過去豐田車型的后備箱蓋,車身呈現(xiàn)一種緩和的曲線。右邊是LEXUS IS的后備箱蓋
LEXUS IS 的后備箱蓋線條剛勁銳利,很難想象這是通過沖壓壓制制造的
然而,社長的一句話改變這種習(xí)以為常的工作場景。設(shè)計師擺脫束縛,大膽創(chuàng)新車身外觀設(shè)計,制造現(xiàn)場凝心聚力將設(shè)計師的創(chuàng)意變成現(xiàn)實,生產(chǎn)現(xiàn)場的氛圍煥然一新。生產(chǎn)現(xiàn)場開始積極與設(shè)計部門溝通交流?,F(xiàn)在,和田和他的伙伴們也還在孜孜不倦挑戰(zhàn)實現(xiàn)過去豐田車型從未有過的清晰而銳利的設(shè)計線條。
“從那時起已經(jīng)過去約 10 年了。材料、技術(shù)和設(shè)計都發(fā)生了變化,一切都在發(fā)展,學(xué)習(xí)和挑戰(zhàn)的步伐從未停止。在雷克薩斯 IS產(chǎn)品介紹目錄中,專門刊載了后擋泥板和后備箱周邊外觀設(shè)計,其中特別強(qiáng)調(diào)采用了最新的沖壓技術(shù),這是前所未有的,我真的非常高興?!?/p>
摘自雷克薩斯 IS的官方網(wǎng)站,特別說明了沖壓技術(shù)中采用了“新工藝”
沖壓模具匠人--和田安信曾說過,當(dāng)自己駕駛汽車行駛在路上,如果看到一輛造型炫酷的汽車,自己就會不由自主地挪不開眼睛。即使身處數(shù)字時代,也絲毫不忘原有技能的傳承,學(xué)無止境,不斷充實,不斷去攀登更高的知識和技能高峰。在沖壓加工現(xiàn)場,向著“制造更好的汽車”的目標(biāo)努力奮進(jìn)的和田還將繼續(xù)迎接挑戰(zhàn)。
(撰文:渋谷 康人、攝影:前田 晃)