淺談設(shè)計環(huán)節(jié)控制模具成本的常用方法

張 鵬，伍 燕，劉秋瑾，鄭劍鋒，朱 冬

（1.重慶慶鈴模具有限公司，重慶 400052；2.重慶慶鈴汽車底盤部品有限公司，重慶 400039）

1 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對汽車的消費(fèi)需求不斷攀升，汽車行業(yè)間的競爭異常激烈，轉(zhuǎn)移到供應(yīng)商的壓力也越來越大。模具企業(yè)作為汽車覆蓋件模具的制造商，不免要首當(dāng)其沖。對其越來越高的要求，日趨嚴(yán)重的行業(yè)內(nèi)卷化，節(jié)節(jié)上漲的原材料、人工費(fèi)用，模具企業(yè)的生存面臨著前所未有挑戰(zhàn)。模具企業(yè)要想生存、發(fā)展，就得緊隨市場要求、時代步伐，對企業(yè)的經(jīng)營管理進(jìn)行改革，對各環(huán)節(jié)成本進(jìn)行控制。

2 影響模具成本的因素

模具較一般的工業(yè)產(chǎn)品具有一定的特殊性，不是批量生產(chǎn)的，每副模具都是一個新的產(chǎn)品、可比性差，生產(chǎn)周期長且不確定、工序多；材料、人工及制造費(fèi)用在產(chǎn)品成本中占比大等特點(diǎn)給模具產(chǎn)品的成本核算及控制帶來很大的難度。以Q公司為例，介紹其模具成本的歸集。如圖1所示，材料費(fèi)包括鑄件、鍛件、標(biāo)準(zhǔn)件、非標(biāo)件費(fèi)用，占比最高，達(dá)40%，其次是外協(xié)費(fèi)用，高達(dá)32%，其他費(fèi)用共占28%。Q 公司受限于場地、設(shè)備等客觀因素，模具的機(jī)加工和裝配大量外發(fā)制造，所以外協(xié)費(fèi)用占比大。

圖1 模具成本構(gòu)成

承接模具的價格主要取決于模具重量和單價，主要的材料費(fèi)用也是根據(jù)模具重量核算，外協(xié)費(fèi)用也是根據(jù)模具重量核算，Q公司將對模具重量的控制，作為模具成本控制的首要手段，同時采取多種措施，各個環(huán)節(jié)降成本。本文僅介紹設(shè)計技術(shù)環(huán)節(jié)控制成本的方法。

3 設(shè)計環(huán)節(jié)控制模具重量

（1）對鑄件重量的控制。

模具重量的控制，很大程度取決于模具外形尺寸的控制。通常根據(jù)模具工作內(nèi)容，壓板槽位置（尤其是快速裝夾），起吊方式，加工性等來控制模具外形尺寸。拉伸模的尺寸較好控制，由壓邊圈開始，板料線外加20mm，確定型面大小，空5～30mm（視加工能力而定）后，再安裝調(diào)整塊，調(diào)整塊位置就確定了壓邊圈大小，調(diào)整塊外側(cè)通常不允許有多余鑄件，如圖2所示。但是有的零件壓邊面較小，若按調(diào)整塊位置定尺寸，壓邊圈強(qiáng)度會不足，此時需要加強(qiáng)，如圖3所示，壓邊圈寬度尺寸較小，需增加。有按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)壓邊圈長度，增加其寬度的，也有按照截面夾角保證強(qiáng)度的，如圖4所示，保證夾角小于60°。

圖2 某側(cè)圍拉伸模

圖3 拉伸模壓邊圈（寬度尺寸小）

對拉伸模尺寸影響大的因素還有導(dǎo)向方式的選擇。壓邊圈導(dǎo)向分為凸模導(dǎo)向（即內(nèi)導(dǎo)向，見圖3）、四角導(dǎo)向（見圖2）、箱式結(jié)構(gòu)（見圖5）。凸模導(dǎo)向和四角導(dǎo)向的壓邊圈尺寸差別較小，箱式結(jié)構(gòu)使模具單邊至少增加150mm，模具重量較內(nèi)導(dǎo)向模具增重20%左右。雖然箱式結(jié)構(gòu)導(dǎo)向最穩(wěn)定，但成本最高，所以在凸模足夠且客戶無特殊要求的情況下，優(yōu)先使用內(nèi)導(dǎo)向。

圖5 箱式結(jié)構(gòu)

導(dǎo)向方式對后工序模具尺寸也會造成影響，尤其是模具左右端頭有工作內(nèi)容時，此時使用四角導(dǎo)向，能減小模具長度，節(jié)約一定模具重量，如圖6所示，左右側(cè)有斜楔，使用四角導(dǎo)向，長度尺寸縮小了，寬度增加的并不多。

圖6 四角導(dǎo)向

起吊方式也對模具重量影響大。一套模具的吊耳一般都上百千克，在整套模具重量小于5t 時，可以使用相應(yīng)規(guī)格的鑄入式起吊棒；同時拉伸模中，壓邊圈是單獨(dú)起吊，其重量小于5t 時，也可以使用相應(yīng)規(guī)格的鑄入式起吊棒，如圖3所示。同時，吊耳的位置決定了模具的外形尺寸，通常情況下，模具長度方向?qū)蚝偷醵鲆粯悠剑鐖D7所示；但有時由于壓板槽位置的影響，吊耳需要外移，如果把導(dǎo)向也跟著調(diào)整，會造成浪費(fèi)，此時僅需把吊耳部分單獨(dú)外移，導(dǎo)向位置不動，如圖8所示，但是必須保證吊耳后側(cè)的強(qiáng)度，在控制成本的同時一定不要忽視強(qiáng)度。

圖7 長方向?qū)蚝偷醵粯悠?/p>

圖8 導(dǎo)向和吊耳不一樣平

對模具尺寸的控制，需要綜合考慮各影響因素，不能為了節(jié)約材料犧牲其他，如強(qiáng)度、功能性、加工性、鑄造性等?？刂瞥叽缫欢ㄒY(jié)合工序內(nèi)容，保證模具正常的功能，如在修沖模中，左右端頭如果有廢料，得保證廢料滑落順暢，可以借助UG或Adams等軟件對廢料滑落進(jìn)行模擬，確認(rèn)壓縮后的漏料空間是否合適，如圖9所示。同時還要考慮加工性，否則模具再經(jīng)濟(jì)，無法加工也是一堆廢鐵，比如上模中，與壓料器導(dǎo)向的導(dǎo)滑面要能加工，此時，其和上模導(dǎo)滑面間距的設(shè)計，需考慮刀具長度和主軸直徑，如圖10所示。

圖9 UG模擬廢料滑落

圖10 加工性影響模具長度

對鑄件重量的控制，必須考慮鑄造性。筋厚設(shè)計一定要按照標(biāo)準(zhǔn)等壁厚，不僅可以避免強(qiáng)度問題，也可以避免鑄造缺陷，減輕孔、漏水孔、排氣孔、排屑孔、裝夾孔等功能性孔，按要求盡量多設(shè)計，也可以減輕模具重量，本文不一一舉例。

（2）對鍛件重量的控制。

鑄件雖然占模具重量的主要部分，但是鍛件的單價高，能減小鍛件鑲塊的尺寸，提高鍛件鑲塊的利用率，對降低模具成本也有利。如圖11所示，凸模鑲塊使用分體式，凸模和固定座材質(zhì)不一樣，極大地提高了鑲塊利用率，降低成本。

對鑲塊的優(yōu)化設(shè)計，在拉伸模中也非常重要，尤其是凹模，產(chǎn)品形狀復(fù)雜時，分塊方法也比較多，如圖11、圖12所示結(jié)構(gòu)都可以節(jié)約鑲塊成本，但加工、裝配工時不一樣，所以分割鑲塊時，不僅需考慮鑲塊成本，也要綜合考慮數(shù)控加工、鉗工裝配工時，選取最優(yōu)方案。

圖11 分體式凸模

圖12 某梁拉伸模凹模鑲塊（方案一）

圖13 某梁拉伸模凹模鑲塊 （方案二）

4 設(shè)計環(huán)節(jié)減少模具制造成本

（1）設(shè)計鑄件有2 大原則。①在滿足強(qiáng)度和功能的情況下，省材質(zhì)；②在滿足強(qiáng)度和功能的情況下，省加工。通過優(yōu)化設(shè)計，縮短加工工時，也能極大降低模具成本。數(shù)控加工中，一些準(zhǔn)備工作也是比較耗時的，如裝夾、找基準(zhǔn)，設(shè)計時要充分考慮抓夾孔（平臺）、鍵槽、刻線、基準(zhǔn)孔等，減少加工前準(zhǔn)備耗時。

同時，設(shè)計時減少非必要模具加工量，如模座底面盡量多鑄造避讓，如圖14所示；鑲塊安裝座面和鑲塊底面只留一些支撐面，其他鑄造避讓，如圖15所示；靠背高度只留合理的受力高度，下方避讓，如圖16所示；鑲塊座面轉(zhuǎn)角處倒角，如圖17所示。優(yōu)化加工，一定要了解加工工藝，熟悉設(shè)備參數(shù)，如床臺信息、刀具規(guī)格、主軸直徑等，避免反復(fù)上機(jī)、反復(fù)更換刀具。有時遇到模具尺寸剛好超過機(jī)床，只能外發(fā)加工，運(yùn)輸費(fèi)、外協(xié)費(fèi)不可控，增加了制造費(fèi)用。

圖14 模座底面鑄造避讓

圖15 鑲塊安裝座面和鑲塊底面

（2）鉗工裝配、試模一般是耗時最多的工序，也是最可能產(chǎn)生增量成本的工序。但技術(shù)工作是最可能、最容易降低鉗工工作量的環(huán)節(jié)，如工藝方案合理，做好模面處理，回彈精算到位，都能減少鉗工調(diào)試的時間，結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮各部件的合理安裝（空間、裝配順序等）、鉗工作業(yè)可操作性等，如鑲塊拼接處消氣，減少研配時間，如圖18所示，安裝斜楔或沖頭研合的操作空間足夠。所以，技術(shù)水平需不斷提升，采用新工藝、新方法，促使制造成本降低。

圖18 鑲塊拼接處消氣

（3）設(shè)計時需要加強(qiáng)質(zhì)量管控，注重工作細(xì)節(jié)、減少模具設(shè)計異常問題的出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)質(zhì)量異常問題，出方案整改，重復(fù)上機(jī)床加工，上壓機(jī)驗(yàn)證，費(fèi)時費(fèi)力，如果鑲塊、標(biāo)準(zhǔn)件報廢，造成的成本損失更多，或者售后索賠，尤其是海外，損失更為慘重，所以設(shè)計環(huán)節(jié)要充分消化客戶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提升設(shè)計者的水平，更要完善流程，加強(qiáng)自檢、互檢。

5 其他控制成本的方法

（1）按單選材。

不同的訂單，其技術(shù)要求不一樣，選取模具材料、標(biāo)件品牌依照技術(shù)協(xié)議為主，參考公司的模具預(yù)算表為輔，如果超出模具預(yù)算表，及時知會營業(yè)和項(xiàng)目部，和客戶商量追加費(fèi)用，或滿足壽命和功能的情況下，和客戶協(xié)商替換性價比更高的材料，如有的鋼材國產(chǎn)材料性能同樣優(yōu)越，一些國產(chǎn)品牌的斜楔和氮?dú)鈴椈蓛r格優(yōu)勢突出，質(zhì)量完全不輸于進(jìn)口的，且交期更短。

（2）合理使用非標(biāo)件。

模具上很多非標(biāo)件，可能單個價值不高，但一副模具，一個項(xiàng)目，一個會計年度的非標(biāo)件費(fèi)用非常驚人，如超標(biāo)的材料導(dǎo)正架、定位銷、舉升架、墊塊、集合固定座等，以前模具公司自己制造這些非標(biāo)件，成本高且質(zhì)量差強(qiáng)人意，現(xiàn)在統(tǒng)一規(guī)范，外發(fā)專門供應(yīng)商制造，其具有規(guī)模優(yōu)勢，更能保證非標(biāo)件的高質(zhì)低價。

有的斜楔，如果使用標(biāo)準(zhǔn)斜楔，價格可能上萬，且交期長，應(yīng)綜合考慮加工量、裝配量，衡量設(shè)計非標(biāo)斜楔是否成本更低；通常長度400mm 以上，設(shè)計非標(biāo)斜楔更具成本優(yōu)勢。

6 結(jié)束語

模具成本控制僅單純的控制模具重量并不可取，需要提升管理水平，模具研發(fā)、生產(chǎn)過程管理、質(zhì)量及售后服務(wù)等各個環(huán)節(jié)協(xié)作，系統(tǒng)性的控制。如項(xiàng)目嚴(yán)格按照計劃執(zhí)行，合理協(xié)調(diào)各工序推進(jìn)，規(guī)范模具生產(chǎn)，在保證質(zhì)量的前提下，壓縮模具生產(chǎn)周期；嚴(yán)格控制零件和模具質(zhì)量，不僅可降低被索賠的風(fēng)險，而且能減少售后服務(wù)時間，縮短模具交付周期，這些都能有效減少資源、人力的投入，加快回款速度，降低成本。所以，不斷提高模具設(shè)計及工藝水平、模具生產(chǎn)管理水平、模具質(zhì)量控制水平，模具企業(yè)才能有效地控制模具成本，提升企業(yè)競爭力。