在中國政府大力推動和發展新能源汽車產業以及環保政策日益嚴格的產業環境下，輕量化成為汽車行業發展的趨勢之一，鋁合金被大量運用到汽車白車身中以實現車身減重的目的。蔚來汽車首款車型ES8為國內首款獨立研發量產的輕量化全鋁車身（圖1)，鋁材應用量達96.4%，白車身重量減重至335kg，輕量化係數為2.02，並且首次使用航空級7系鋁合金。本文將對蔚來汽車鋁衝壓件的開發與生產維護進行介紹，包括前期零件成本分析、CAS數據與主斷面分析、零件成形性分析、模具工藝與結構設計、模具製造加工與調試、零件母線調試與質量優化、效率與生產穩定性提升。
圖1 ES8全鋁車身
零件成本分析
在項目啟動後，衝壓工程部將與產品工程部、項目管理部、採購部門等進行廠內件策略的定義，篩選出初步的廠內件清單，同時參與廠內零件的材質定義與成本評估對比，這裡涉及到白車身重量、板料成本、工裝成本、生產成本等綜合因素的對比考慮與平衡，結合Benchmark對比分析，形成對比分析報告，以支持公司和產品的決策。
CAS數據與主斷面分析
從產品工程部拿到CAS數據，進行初步的數據分析，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衝壓方向、衝壓深度、拔模角度、零件的分片策略、零件材質定義的進一步明確、不同零件間的間隙評估、衝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，如鋁板側圍開發時會參考諸如凱迪拉克、捷豹路虎、特斯拉等車型側圍零件的C柱拉延深度、特徵線處成形深度等，通過設計階段減少不合理的產品設計，在後期將大大提高製造工藝的可行性。
零件成形性分析
在零件成形性分析階段，不僅僅要關注模擬結果與實際結果的匹配程度，也要關注模擬輸入數據與實際生產過程中輸入的數據是否匹配。
首先進行零件產品數模與材質信息的輸入確認，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，需要實際的檢測並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後期生產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化替代的過程中需要重點關注，並逐步積累和建立材料的資料庫。
其次在進行衝壓方向的確認後（圖2)，再進行成形模擬分析與工藝規劃，並組織評審，輸出成形性更改建議報告提供給產品工程部門。在這個過程中主要進行的失效分析包括零件起皺狀態（圖3)、最大的減薄狀態（圖4)、主次應變狀態、衝擊線狀態（圖5)、滑移線狀態（圖6)等，模具結構強度極限評估，模具工序規劃，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評估，比如鋁件衝壓FLD安全裕度設置為8%。
最後，與產品工程部門達成一致的產品修改意見，並對產品進行修改完善。
模具工藝與結構設計
產品工程部按照衝壓同步工程部提出的更改建議進行優化達到SE驗收標準後，將產品數模提供給中標供應商開始進行模具的工藝、結構設計。在工藝設計階段，需重點關注工藝的布置（圖7)、成形的穩健性（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，通過車型工藝優化可實現材料利用率提升的目標，同時通過行業Benchmark對比，可使材料利用率達到行業最優狀態。
圖2 衝壓方向
圖3 零件起皺狀態評估
圖4 零件減薄狀態評估
圖5 零件衝擊線狀態評估
圖6 零件滑移線狀態評估
圖7 零件的工藝布置
圖8 零件穩健性分析
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軟體進行零件穩健性的分析，通過屈服強度（如±20MPa)、抗拉強度（如±20MPa)、r值、摩擦係數（如±10%)、板料的位置（如±1mm誤差)、壓邊力（如±10%)以及板料厚度（如±10%)等輸入範圍的設置，來確認產品噪聲的輸入變量。在產品模擬出現問題時（如零件開裂失效等)，從穩健性分析結果中找到哪些輸入變量是最容易導致不可接受結果的，從而確定不利因素，在前期工藝設計以及後期生產過程中控制這些條件來提高生產可靠性。在穩健的工藝基礎上，針對尺寸回彈進行回彈分析，制定回彈策略補償方案，直到滿足產品的形位公差要求，補償完成後再次進行穩健性評估及外板A面的面品評估。穩健並且精準的模擬回彈是回彈補償的關鍵，回彈補償的一般流程：第一步為工藝規劃的優化，儘可能通過工藝方案的優化來降低尺寸的回彈，在工藝方案鎖定後，回彈補償應該只作為最後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化；第三步為穩健性分析及補償前的優化；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；最後是穩健性分析與補償後的優化。
圖9 零件回彈補償
然後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，結合已投產車型的經驗教訓，通過前期工藝設計避免出現類似問題。
最後是評審問題的關閉以及模具結構設計的開始。
在模具結構設計方面，重點檢查與修正工序內容分布的合理性、模具結構強度的合理性、模具匹配設備的狀態與生產的便利性，其中包括模具尺寸的檢查、廢料滑落狀態的確認、生產過程中的重複穩定性檢查、影響模具衝程的檢查、特殊結構使用的確認等。在結構設計完成後進行干涉性檢查，檢查模具實現最高節拍的可能性以及影響因素是否規避等。
模具製造與調試
在模具製造過程中，按照項目進度計劃把控進度，對製造、調試過程中的重要節點，進行現場檢查與驗收。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質量狀態的評審、模具預驗收與發運回廠安排。
在模具的檢查驗收方面，按照蔚來汽車衝壓廠的模具開發標準，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閉時間。每輪驗收的問題需在下一輪驗收前得到關閉，並獲得確認。
模具在發運前經過4～5輪的質量優化，實現了零件的尺寸符合率達標（不低於90%)、各序模具的研合著色達標（功能區著色不低於90%)、現場造車重點問題得到解決、模具驗收問題100%關閉等條件後，模具進行刷漆和發運準備，在建立零件庫存滿足現場造車需求的基礎上，進行模具的發運。
母線調試與質量優化、效率與穩定性提升
模具回廠後，開始進行試模壓機或研配壓機的數據採集與數據核實，模具首次在試模壓機或者壓機生產線上安裝前，需在線下完成模具尺寸、模具哈丁（Harting)以及傳感器等狀態的評估，避免模具首次上線時出現與設備的干涉、模具部件功能不全的狀態，提高首次上線的效率。同時，需完成壓機線自動化曲線的製作、端拾器的線下製作和線下的初步動作模擬、模具數據（包括尺寸數據、裝模與閉合高度、各類驅動機構的氣源參數、拉伸墊或者上氣墊的壓力設置等)的選擇和編碼（按照統一規則來設置不同模具的ID)，並提前將曲線數據和模具參數數據導入到設備中，以保障首次上線後，能夠快速完成自動化的連線。在模具出件狀態合格的情況下，可以快速進行壓機速度的匹配和提升。
模具調試時，重點關注整車以及內部用戶抱怨的各類功能、外觀匹配、表面缺陷等問題的解決，同時提升模具的穩定性，解決生產過程中影響批量生產效率的問題，解決模具衝程提高的問題等。當模具調試穩定後，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塗層的處理來降低料屑的產生，以此來降低零件外觀壓痕的產生。
模具各類問題，包括質量抱怨、影響生產效率的停機問題以及現場模具拆解發現的問題都關閉後，可以組織模具生產驗證，生產驗收通過後展開PPAP流程，進行模具的終驗收，並移交技術圖紙、模具調試完成的樣件等給工廠，由工廠負責模具的日常維護。
模具終移交後，開展模具項目的總結，包括整個項目管理過程的管理經驗與教訓，技術經驗與教訓，通過經驗和教訓的收集、分享，提煉出需要在流程體系上做出更新的內容（L&L)以及製造方面（輸入給產品工程的MR)需要更新的內容進行更新，以便下款車型能夠避免出現類似的問題。
結束語
鋁件開發從前期同步工程到車型投產以及完成最終的PPAP，一般開發周期為2～3年的時間。在整個項目過程中，首先需要通過前期產品材質的選擇、材料牌號的選擇、產品的設計與優化、衝壓工藝優化來實現穩健、可生產、低成本的衝壓工藝方案；然後經過主機廠、模具供應商的工藝和結構設計、模具製造與調試以及質量優化階段的調試，來實現前期制定的工藝方案，並能夠獲得合格的零件；最後通過工廠現場與設備的匹配以及模具的持續優化，達到穩定高效的生產，降低零件返修、報廢比例，以及實現規劃的最高節拍生產等。