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社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道
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“支撑起日本造车业的匠人们”第4回 钣金与焊接匠人 吉野荣祐

目录

一双手、一柄锤,用焊接技术制造试验车型的车身
手握3D数据,从零开始思考如何制造
喜欢塑料模型与造物的少年
直觉与技巧,钣金作业看感觉神经
将钣金加工这个传统技术传向未来

在当今这个以3D打印、AI技术为代表的数字化备受瞩目,造车行业的一线其实还存在着一些依靠“老手艺”而运转的部门。

ToyotaTimes将聚焦这些用其自身精湛技艺支撑起汽车行业的“匠人”们。并开启一个直指日本制造业精髓的新特辑“支撑日本汽车制造业的匠人们”。

这次我们采访的是“钣金与焊接匠人”——吉野荣祐。

第4回 从钢板开始手工制造车身!“钣金与焊接匠人”——吉野荣祐

丰田汽车 造物研发中心 样品研发部门 车身试制课 吉野工厂长

一双手、一柄锤,用焊接技术制造试验车型的车身

大家知道汽车的车身是如何制造出来的吗?首先,从绘制汽车的设计草图开始。然后设计部门会在此基础上,采用最先进的3D设计软件制成包括各零件在内的全车设计图,这其中有一部分便是车身设计图。

近来3D设计软件操纵机床,来快速制成零件。但是这个方法仅在制造普通零件的时候才行得通,所以并不适用于制造大型车身的零件。

一般情况下,生产汽车的车身时使用的是大型冲压机。具体来说就是通过冲压加工技术将大钢板一口气加工成车身的形状。这个时候,也可以活用3D设计软件的数据。但是,如果通过这种冲压加工的方法制造大规模的车身,则会需要大型锻模。

但是这种大型锻模光是制造就需要花费巨额的成本和时间。如果是批量生产汽车的话倒是没有问题,但是在新型汽车的研发阶段就不能用这种方法了。

用锤子将平整的铁板敲击成光滑的球体。吉野是“钣金凸模”这一技术领域的专家。

新研发的汽车首先会作为试验车型问世。试验车型会接受各种测试与彻底的检查,以确认其在功能、安全性、耐久性、品质等方面是否存在问题。即是说,数十辆试验车型被制造出来后又在测试中损坏。同时,只有解决了在测试中暴露出来的问题点,汽车才能作为商品拿去生产和销售。

试验车型的后侧板(里侧)。加工三维形状发生变化的凹曲面(图中上部)是很难的,因为不好下锤。

制造这款试验车型的主力便是钣金匠人。在近90年前的1935年,丰田制造第一辆试验车型“丰田A1型”时,钣金匠人就发挥了很大作用——用锤子将平整的钢板敲弯、挤压,必要时用焊接技术添加钢板,再敲弯、挤压,可以看到这是极其古板的制造方法,没有依赖计算机技术。

在丰田,负责这项工作的是造物研发中心样品研发部门车身试制课的吉野工厂长,他同时也负责领导一线的工作。吉野在“无设计图的钣金零件加工与造型技能”领域被认定为“S级”技术人员。要知道,截至到2020年,全丰田也只有十几个人得到了这个评价。

吉野既是车身试制课的领导,同时也肩负着重要使命——继承丰田A1型汽车钣金匠人的传统技能并将其传给后辈们。在丰田公司内他也是拥有高超技能的“钣金与焊接匠人”。

手握3D数据,从零开始思考如何制造

“要制造试验车型的车身,首先得从分析显示器里3D设计软件得出的可视数据开始。看到图像后问题便来了:这个成品大概多大、从哪儿开工、使用什么厚度和材质的材料、首先敲弯钢板的哪个部位以及敲到什么程度、接着敲击哪个部位、按照什么样的工序推进以及如何推进、如何又快又节约成本地进行制造等等……这些都有赖于钣金匠人过去的经验,他们将从零开始一边思考一边进行制造,同时他们使用的夹具也是自制的。”

吉野在看到3D设计数据的瞬间,脑海中就会浮现“如何制作”以及具体制作的方法,作为一名钣金工匠,只有达到这个水平才能做好这份工作。而要达到这一水平据说至少需要5至10年的时间。

“其实制造方法并不只有一个,同样的东西也会因为制作的人不同或是试验车型用途的不同而不同。制造方法中的‘正确答案’其实有很多。所以在一线指导时,我会敦促大家‘自己用自己的方式思考’。”

使用自制的夹具制作车身板件。任何细微的形变或凹坑都无法逃过吉野的火眼金睛。

具体选择什么制造方法,是由负责人根据自己的技能和研发的车身用途来决定的。是用于安全碰撞测试还是用于耐久性测试?或者只是为了确认美观?如上述所言,制造方法会随条件的不同而改变。

“关于选择哪种制造方式,需要考虑研发车身的用途以及这个方法是否能又快又低成本又高质量地制造符合其要求的产品。有时候也需要麻烦其他部门帮忙切削加工、激光加工以及冲压等,再配合自己的手工作业,以求用最好的方法制造车身。”

虽然设计者可以在3D设计软件中自由绘制图形,但是在实际的车身制造作业中却不是这样的。在较大的车身零件上,我们并不知道具体应该在哪里进行切割,然后焊接。即是说,虽然在设计图上并没有绘制,但必须在某处切割后通过焊接来继续制造作业,这也就是所谓的“切割焊接”。但是,接缝部分的材质强度会有所降低。如果要进行切割,就要根据目的和用途,在不要求材质强度的部分进行作业。对设计数据中所绘制的零件,具体在哪里切割焊接以及如何进行这一操作,也有赖于多年的经验。

现在正在研发的新型车的试验车型车身,从钢板材料到夹具都要自己动手制作,并且需要按照设计数据精确到0.1mm,还得根据目的和用途在有限的时间内手工制作几十辆。由此可见,汽车是一直走在时代前沿的工业产品,但在它的制造工作中离不开吉野等匠人们的手工作业。

喜欢塑料模型与造物的少年

吉野是三重县人。自他1987年3月入职丰田公司以来,已经过去了33年的时间,这期间他一心一意在手工作业的道路上发展。吉野在丰田工业高等学园(现丰田工业学园)读书时第一次接触到了钣金加工。2年级的时候他被选为“钣金凸模工种世界技能大赛训练生”,进公司第二年就参加了这个工种的日本全国大赛,第三年在日本全国大赛中夺得第一,同年还在世界技能大赛中出场并获得第二名的好成绩。吉野在公司受到了特别表彰,还获得了厚生劳动大臣优良奖。

“我是自己想去丰田工业学园读书的。在找学校的时候我就和父母说‘我想去这所学校’,而且希望以后就从事汽车相关的工作。不过,刚进入学校的时候我想当的是测试车手。小时候我经常制作塑料模型,中学的时候拆分组装了SUPER CUB。入学后我尝试了钣金领域,意外的十分顺利。因为本来我就喜欢造物,所以能从事这份工作真是太好了。”

吉野拥有难能可贵的敏锐神经和优秀技术,或许学校的老师和公司的上司们早就发现了他身上潜藏的可能性。吉野刚进公司时就被分配到车身试作部门,加之他曾经在世界技能大赛的上的优秀表现,所以开始了改造车身的工作,并在一线发挥自己的才能。

“世界技能大赛是有确定的题目的,但是开始在一线工作后,我发现一个固定的题目也没有。刚开始我感到很困惑,但渐渐的,事情变得有趣起来了。当时正好是‘Celica GT-FOUR’风靡WRC(世界拉力锦标赛)的时期。Celica GT的外观不变,车身板件被较薄的钢板代替以达到轻量化的目的。我另外负责的项目是将通过零件加固了的白车身(未安装发动机等部件的状态)送往欧洲TTE(TOYOTA TEAM EUROPE)。如果那辆车夺冠了,我会很高兴的。”

吉野的工作是将量产车的车身改造为拉力赛用的赛车,另外还有“车身改造”,即对现有的车进行局部改样后改造成为用以测试评价的试验车型等。除了上述工作外,后来吉野也尝试了制造特殊金属板——用铝、不锈钢、铜、钛、特殊合金等很难加工的材料制造金属片零件,在没有图纸和夹具的情况下只凭设计草图,就能制造出足以参加车展和玩具展等活动的出展车。

2017年玩具展上展出的“Camatte”展示车

吉野表示,让他印象非常深刻的是制作2012至2017年在东京玩具展上的展示车车身,以及在展会现场演示用金属板制造物品。据说他一直在思考不用夹具就能将零件切割开来的又快又低成本的制造方法,最终带来的成果是成本和作业时间都大大缩短。

直觉与技巧,钣金作业看感觉神经

那么吉野作为“钣金匠人”的看家本领是什么呢?在造物研发中心的一线,他用锤子为我们演示了自己是如何进行手工作业的。

吉野手中拿的是用锤子敲击钢板时使用的“铁块”。这个铁块中也蕴藏着吉野独特的know-how。

吉野使用的金属锤、木锤、挡板等工具都是手工制作的。虽然用了很久,但每一件都养护得很好,特别是金属锤,甚至反射出了光泽,让人非常吃惊。这其中每一个工具都是吉野自己选择材料加工,最后亲手完成的。

在这个部门工作的钣金匠人们都拥有自己的工具。工具必须是用与其敲击的物品相匹配的材料制成的,因此可以说材料的选用也是钣金匠人的know-how之一。特别是木锤的选材,据说每个匠人都有自己的考究。吉野的话,除了木材以外,还使用了一种叫苯树脂的树脂材料。这是他从获得了世界技能大赛冠军的“钣金师傅”那里得来的经验。

吉野的工具箱就放在公司里,可以看到每一个锤子都被打磨得十分完美,像珠宝一样闪闪发光。

“只要一看这个人用的工具——特别是在钣金作业中最重要的‘锤子’,这位钣金工匠的手艺就一目了然了。精心养护工具的人,一定是手艺很好的人。”

拿着自制木锤的吉野,这其中也有他自己独特的know-how。

吉野把钢板放在金属平台或木台上,用金属锤和木锤把原本扁平的东西逐渐敲成立体的形状,而且敲击的节奏稳定又有规律。金属锤和木锤在敲击时发出的声音宛如佛教音乐。

在树桩制成的台子上,放上被敲击成球形的钢板,用木锤进一步调整其形状。最终,完美的球体就制作出来了。

“要不要试试?”吉野这么问后,我便恭敬不如从命,拿起他的锤子在台子上放一块钢板,然后试着敲了几下。敲倒是也能敲出个形状,但只是普通地用锤子在敲钢板罢了。我和吉野明明用的是同一柄金属锤,但吉野敲击发出的是“叮、叮、叮”的高亢而清脆的声音,和我这低沉的钝响完全不同。

拿起锤子后,吉野的脸上带上了匠人的神采。

“你的敲击声之所以听起来有些钝,是因为台子和钢板之间留有缝隙,锤子没有完整地发力并敲击钢板,导致钢板出现形变。只有钢板与台子紧密附着,锤子的力量结结实实传递到钢板上,才能发出清脆的声音。把握好锤子的核心部位在哪里,用它的核心处认真敲打的话,锤子就不会晃动,力也不会分散了。这么一来就能心情愉快地不断进行正确的敲打。”

虽然“用锤子正确地敲打钢板”这件事听起来很简单,但光这一点其实就非常深奥了。

钣金加工靠的是磨练出来的感觉,要一边听敲击的声音一边不断动手做。这不能光靠动脑,更要依靠感觉,即是说这是一个充满“直觉和技巧”的世界。仅凭这种感觉,就能做到在和设计数据仅有0.5mm误差的精度下完成车身制造。

“为了将这个技术传承下去,钣金加工能不能数值化呢?以前我就经常被问到这个问题,老实说,我认为‘数值化是可能的’。虽然现在指导后辈时,也只能让他们先动手做,然后记住这个感觉,但是随着数字化与AI技术的发展,钣金加工的数值化或许真的能够实现。”

将钣金加工这个传统技术传向未来

传统的造物也是如此,要想传承这种凭感觉下手的技能是非常困难的。但是,在汽车制造中,这种传统技能的继承不可或缺。

吉野现在正致力于通过各种形式将自己在一线掌握的高超钣金加工技术传承下去。他不仅在公司对后辈加以指导,公司外也在职业能力开发大学指导钢板形变的原理和避免其发生的方法,还在丰田工业大学进行焊接方面的指导。另外,吉野也会在爱知县内的中小学生面前展示作为“钣金匠人”的看家本领,向孩子们传达造物的快乐和趣味性。

作为橄榄球世界杯赛的纪念,在吉野的指导下,继承了意志的年轻人们制作了野猪和橄榄球形状的小饰物。由铜等各种材料打造的野猪模型看起来栩栩如生。

吉野说:“用自己的双手敲打钢板并成形,这就是钣金加工的乐趣。”除了传承技能、对后辈进行技术指导外,他还专注于磨练自身的手艺。从与设计师一起设计草图开始,用金属将构想立体化、尝试用钛等难以加工的材料进行焊接等等,吉野经常挑战新事物,并面向未来不断钻研。

这是过去前辈们用钢板做的棒球手套以及棒球,连铃木一郎选手将其拿在手里也感到大吃一惊。这做工与皮革制的手套竟然同样细腻,让人惊叹不已。虽然是铁制的,但是表现出来的效果让人完全看不出这竟然是铁做的。

“最近高张力钢板等手工加工困难或根本无法手工加工的材料越来越多。另外,冲压锻模和夹具的制作也不用手绘图,可以通过3D软件的设计数据完成。种种因素相加后,和以前相比,造物速度确实变得更快了。尽管如此,传统的钣金加工技能与技术对于今后的汽车制造业来说还是必不可缺,因此必须要传承下去。但是目前,学习这项技能需要10年这么长的时间,怎么做才能更效率、更快地让后辈们掌握这项技能呢?我一直在思考这个问题,希望能找到适合的方法将这个传统技能传承下去。”

从无到有,这就是“钣金与焊接匠人”吉野荣祐,他的挑战还将继续。

(文·涩谷 康人,照片·前田 晃)