欢迎订阅 丰田时报
输入您的邮箱进行订阅,提交成功即可生效。
*本人同意将此表格的信息提供给丰田汽车(中国)投资有限公司,并同意丰田汽车(中国)投资有限公司向本人发送相关商业性信息、相关咨询。丰田汽车(中国)投资有限公司保证按照 《丰田汽车(中国)投资有限公司 隐私政策》的规定及相关法律法规的规定,妥善使用消费者个人信息。
丰田时报

?

社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道
丰田时报
社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道

“支撑起日本造车业的匠人们”第5回冲压模具匠人--和田安信

目录

车身制造不可缺少的模具
将汽车外观设计图纸变成实物的工作
以微米为单位手动调整庞大的模具
“连续工作”4年的冲压模具
海外工厂的母工厂
无法转换为数据的感觉、技能和经验
为了“制造更好的汽车”

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“冲压模具匠人”和田安信。

第5回 打造车身冲压机模具的“冲压模具匠人”和田安信

丰田汽车公司 移动出行部 产品保证课 首席专家

车身制造不可缺少的模具

可以说车身就是汽车本身,在汽车中承担众多重要的功能。

它不仅决定了汽车的“外观”,还阻挡了外界的风雨、严寒酷热,隔离了行驶中的风声和噪音,为乘车人保驾护航。在交通事故或碰撞中,更是化身为乘车人的生命守护者。

对于一辆汽车来说,车身是根基。要装配出让汽车真正发挥“行驶、转弯和停止”等基础功能的发动机和悬架之前,首先必须有车身。没有车身,汽车永远只能停留在图纸上。因此对于车身而言,坚固、轻量、宽敞的车内空间以及高品位的外观是必须具备的要素。

车身由底板、车门框、车顶板、前、中、后立柱和横梁、挡泥板和发动机罩、后备箱盖和门板等汽车中的大型部件构成,并且这些车身零件几乎全部由钢板(铁板)制成。

那么,钢板是如何变为各种形状各异的车身零件呢?

模型车的车身是钣金匠人一锤一锤敲打而成的,这其中的过程在本系列的第4回报道中已经为大家详细介绍了。但是,量产车的车身是无法由手工一一加工的。

这里采用的制造方式就是冲压。通过使用一台大型冲压机和一套设置在冲压机上的上下配套模具,各种车身配件一个个被制造出来。

将钢板放置在配备了模具的冲压机上,以1600吨的压力进行压制。

一次压制后,钢板瞬间变成汽车侧梁

将依照车身零件形状进行初步切割后的钢板夹在上下装配了模具的冲压机中间,施加1600吨的压力,钢板被挤入模具内,并变形成冲压模具的形状。通过多次重复的冲压工序,钢板最终成为车身零件。

丰田的第一辆轿车是 AA 型汽车(1936-1943 年),这是第一辆全钢板车身的轿车。从这一辆车开始,丰田开启了冲压加工生产车身的篇章。

但AA型车身实际上大多由工人手工打造,当时只有少数车身零件是从500吨压力的冲压机中诞生的。

丰田工业技术纪念馆(名古屋市)内展示的丰田 AA 模型车。优雅的流线型车身上更多凝聚的是钣金匠人的手工心血

事实上,直到1955 年 1 月初代CROWN发布,丰田汽车才真正意义上迈出了冲压加工生产车身的第一步。

当年,为了生产初代CROWN,1959年开始运转的丰田元町工厂的冲压生产线首次引进了当时最先进的美国邓利公司制造的600吨冲压机。之后,丰田的冲压技术走上了飞速发展之路。

1955 年首次亮相的初代丰田CROWN——TOYOPET CROWN

本期报道的主角和田安信是一名冲压模具的制造大师,使用大型冲压机制造大型车身零件时必不可少的冲压模具很多都是出自他手。他曾荣获专业技能“S级”的技能认证,在部门内仅有2人拥有此高规格的认证证书。可以说他是一名站立在冲压模具巅峰的顶级匠人。

“构成一辆汽车的3万多个零件中约有 1000个是钢板制成,在这1000多个零件中,又有90%左右是通过模具冲压方式加工制成。我主要负责制造车身外板的冲压模具,而车身外板是冲压零件中体积最大的部分。从组织体系来说,我隶属于工程装配部门。从1982年进入公司以来,我从没离开过这个岗位。”

将汽车外观设计图纸变成实物的工作

和田出生在以柑橘闻名的静冈县原三日町(现滨松市北区),从原引佐高中(现滨松湖北高中)的机械系毕业后加入丰田。当初选择进入丰田的原因是自己的叔叔也是丰田的一名员工。

“我刚进公司时被分配在生产线上工作,一心只想着制造汽车。我是1982年进入公司的,当时冲压模具基本上都由经验丰富的老师傅手工制作,手工工人达到了约300名。每天工作结束,大家都会被切割下来的黑色模具粉末弄得灰头土脸一身黑。”

当时工厂很陈旧,大型设备和模具堆满车间,最初和田看到自己工作岗位不由得心生胆怯,“难道要在这么脏的地方工作吗?并且还有这么大的模具在上方运行(起重机搬运),真是可怕的工作环境”不过,很快他就习惯了这一切,一边观摩前辈们的工作,一边抱着一定要超越前辈的决心,心无旁骛,一心一意想着努力提高自己的技能。

当时和田的主要工作就是制造生产线要使用的外板冲压模具。

汽车设计是由设计师完成的,但设计出来的图纸,特别是外观设计,如果没有类似和田这样的冲压模具匠人的高超技能,也只能永远停留在纸上。

能否真正在实际车辆外观上展现出设计师笔下的优雅和格调,取决于车身外板能否按照设计图纸成型。实现这一目标的关键就是和田所打造的外板冲压模具。

“车身外板零件中,体积最大是侧梁外板,它也是构成整个车身侧部的重要部位,被称之为‘汽车外观设计的关键’。这个零件的模具长达约4.5米,宽约2.3米,上下模组合时重量更是达到了约30吨。如果这个模具上出现了丝毫问题,那么将1600吨的压力施加在夹在上下模之间的大钢板进行冲压加工时,部分钢板就会出现开裂、变形,严重影响外观的完整性。”

以微米为单位手动调整庞大的模具

侧梁外板等外板冲压加工中所使用的大型模具都是采用铸造工艺制造。打造模具时,首先会使用计算机的 CAD 软件完成设计模具。

接下来,与丰田合作的铸件制造厂会根据设计数据,做出一个巨大的铸模。丰田收到铸模后,再使用内部的大型数控机床(数控)进行切割,并根据设计数据进行精密加工。但直至这个阶段,模具还不算完成。

接下来就是和田等工程装配部门的冲压模具匠人登场,由他们大显身手。将巨大模具设置在同样巨大的冲压机上。钢板会在这个模具上反复进行“试冲压” ,检查出存在的问题,并调整(校正)模具。

“当你真正使用模具去‘试冲压’一块钢板时,会出现各种各样的问题,钢板的某些部位上会出现起皱或扭曲,还有某些部位会出现裂纹。我们进行反复的检查,不断去切割打磨模具表面,通过‘调整’避免这些问题和缺陷的发生。”

通过观察光线的流动来检查车身的变形,眼中绝不放过哪怕1/1000毫米的变形

这项调整工作正是“匠人”的舞台。

“试冲压”后的外板立在一个特殊的支架上,使用特殊的照明器具(平面灯)照射外板,用肉眼和手指细致入微地确认光线流动的变化和面板表面的反射,检查外板表面是否有任何变形以及变形的位置和状态。

即使不是专业工人,也许也可以一眼看到外板上的“裂缝”和“褶皱”。但是对于外板变形,一般人是难以觉察的。但是外板上哪怕是 1/1000 毫米的微弱变形都难以逃脱和田的眼睛。

“最容易出现问题并且最难调整的部分,就是面板上设计的线条不是直线而是弯曲时,曲线幅度渐渐变缓的部分,以及直线相互交叉形成的夹角渐渐收窄的部分。这些部位最容易出现钢板开裂和变形。

和田对试冲压后的外板和模具两者都进行详细检查后,再次开始调整一个数米长、数十吨重的巨大模具。这种“模具检查”方法实际上是一种模拟化的方法。

正在全神贯注检查模具的和田

在检查中也可以使用测量仪器,但最终调整凭借的只有匠人们一双眼以及简单的直尺,打磨工具也仅仅是切割平整直线型的细磨石。匠人们将手中的磨石轻轻摩擦模具的表面,通过这种方式了解模具的状态。在这个过程中,匠人们借助于长年累月积攒的经验,思考在哪个位置,如何调整模具。

“使用这种磨石在模具上来回摩擦 10 次,可以将表面刮掉约 3/1000 毫米。大幅度的调整时会使用切割工具,但是如果是微调,用到的就是砂纸或此类磨石。”

沉浸在调整工作中的和田在脑海中模拟重现冲压加工过程中模具和钢板的运动,这是模具匠人们不可或缺的直觉。想要拥有这种直觉至少需要 10 年的经验积累。因此,和田说这是“十年磨一剑”。

戴上手套,使用磨石细致地摩擦一个庞大的车身零件模具,使用工具调整

“使零件能按照设计图纸制造出来而调整模具的方法并非只有一种。如何切割、在哪里切割,怎样去改变模具的形状,其实每一个师傅各有各法。我会凭借着自己经验和技能,综合思考哪个才是最好的调整方法,然后付诸行动。”

对于普通人而言,也许永远不会意识到的大型外板上的一点点细微的变形,但是和田可以利用光线照射敏锐地觉察到。

即使是长达数米、重达数十吨的形状复杂的模具,依靠自己眼睛和指尖触感,借助着过去点滴积累的经验,以微米级单位打磨出极致的理想形状。这种敏锐、细腻的直感以及卓越出色的技能让旁人只能叹为观止。

使用磨石打磨调整一个大型模具,检测工具就是自己眼睛和触感

“连续工作”4年的冲压模具

经过和田等匠人们一双双手精益求精反复调整而最终完成的模具被安装在生产线上的超大型冲压机上,这一套模具将一直在生产线上使用直至车型改版。而模具使用的苛刻环境是超乎想象的。

在实际生产线中,每分钟要高速加工约16块钢板。换句话说,模具每3.75秒就要承受一次1600吨的压力。

并且这种高速的加工过程是不间断地持续进行。目前,车型的改款周期多数为四年, 因此,外板的冲压模具必须历经长达四年的严酷考验。

4条生产线为冲压产线,设置在生产线上的超大型冲压机

而且,外板的冲压并非一道工序就可以一步到位。一次成型会导致钢板破裂,因此冲压加工需分几道工序完成。

在丰田的加工工厂中,从原始的钢板到最终成型的外板,如果是豪华款车型最多需要冲压4次(4道工序)。在这种情况下,一个零件的诞生,必须按照4个加工阶段配备不同的形状的模具。

海外工厂的母工厂

和田所属部门不仅仅负责日本国内工厂的模具调整。

丰田工厂遍布世界各地。在日本完成调整的模具会成为海外工厂外板冲压工程中使用的母模。在某些情况下,模具甚至会被送到海外工厂,直接在当地工厂使用。另外,在日本工厂完成的模具还会被精确测量并转换成数据,这些数据会发送到海外各地,当地工厂就可以根据数据复制模具。

换句话说,这里是丰田全球外板车身模具制造的母工厂。

无论海外工厂采用哪种方式利用母模,和田和他的伙伴们都会亲自前往海外工厂出差。在日本制造并交付到现场的模具,或者是基于母模数据在当地制造的模具,最终都必须安装在当地的冲压机上,和田和他的伙伴们必须与当地员工共同完成模具调整,从而确保海外制造与日本制造保持相同的品质。

和田等匠人们将这一工程装配工作称为“再现”。为了完成这项费时费力的“再现”工作,和田曾在中国工作过一年,还在印度尼西亚工作过三年,还曾在其他世界各地的成型工厂好几个月。

2019年为指导工作,前往加拿大丰田汽车制造公司出差,与当地员工的合影

“海外的冲压机有可能和日本规格不一样,有一些还是旧设备,所以如果只是简单地装上日本运过来的模具,制造出来外板是难以保持与日本相同的品质。通过尝试冲压,反复确认成品的效果,并根据实际调整模具是不可缺少的环节。”

和田说,在语言不通的海外环境中,要与当地员工顺利合作工作,首先自己必须展示出作为指导者的技术实力,否则当地员工是不会跟随一位无法令人信服的指导者工作的。

以高超技能获得信任,建立信赖关系后才能真正第一次与当地工作人员进行交流。

无法转换为数据的感觉、技能和经验

另外,正如刚才所提到的,制造业的数字化和数据化也在改变着冲压模具业务方式。

自 2000 年以来,冲压模具的 CAD/CAM 精度不断提高,采用新的技术,将和田和他的伙伴的技能转化为数据的活动也在不断推进中。

“当然,数据转换有它的优势。例如,如果在当地调整模具失败,可以使用设计数据在当地重新加工制作模具,然后再重新调整。这在过去是不可想象的。这些都是得益于数字化的进步。”

和田他们与丰田其他部门一样,正在努力将冲压模具制造的工作和技能实现彻底的数字化和数据化转换。

然而,冲压模具制造中还存在无法单纯地转化为数字数据、只能通过感觉和技能表达,只能通过经验理解的细微部分。如何将这些感觉和技能传承下去,这是和田的部门现在面临的一大课题。

在生产现场培养年轻的冲压模具匠人也是和田的一项重要工作

“模具的冲压加工中,有很多东西在没有开始实际加工前是无法知晓的。当我在电脑显示器上看到 3D 设计软件设计出来的冲压模具图纸时,大概可以预想到哪里会出现问题。但是实际上真正会出现怎样的麻烦,只有在实际去冲压工程中才能知道。”

最难的是经验的积累。在和田的时代,“失败”是工序中必然的步骤。然而在现在,从设计到生产的周期已大大缩短,对于年轻一代的匠人们来说,已经无法给与他们“失败”时间。和田说:“这个矛盾一定要想办法解决”。

“随着冲压模具制造的数字化,只有培养能应对数字化的人才,才能迎接新时代的到来的。但是,所有如果冲压模具制造全部实现数字化,是不是就不再需要冲压模具匠人呢?”

为了“制造更好的汽车”

对于凭借着非凡的技艺,和田已经坐上丰田模具匠人第一把交椅,但是他却说,“我的水平还远远不够,我还要继续进步。”

2009 年丰田章男于就任社长,丰田的汽车制造发生了翻天覆地的变化。

“自从社长掷地有声宣布’让我们制造更好的汽车’以来,汽车的设计,尤其是车身,发生了巨大的变化。这是因为社长的这句豪言壮语改变了设计师们、改变了我们这些与车辆设计相关人员的想法,我们会自主地意识到‘我们要制造出更具外形吸引力的汽车’。在那之前,丰田的车身多采用‘圆弧状设计’,因为这种设计在冲压加工中不易变形,模具制作相对容易。也就是说,在过去设计开始前,就会以各种理由提出冲压的要求,而设计师需要根据这些要求进行设计。

左边是过去丰田车型的后备箱盖,车身呈现一种缓和的曲线。右边是LEXUS IS的后备箱盖

LEXUS IS 的后备箱盖线条刚劲锐利,很难想象这是通过冲压压制制造的

然而,社长的一句话改变这种习以为常的工作场景。设计师摆脱束缚,大胆创新车身外观设计,制造现场凝心聚力将设计师的创意变成现实,生产现场的氛围焕然一新。生产现场开始积极与设计部门沟通交流。现在,和田和他的伙伴们也还在在孜孜不倦挑战实现过去丰田车型从未有过的清晰而锐利的设计线条。

“从那时起已经过去约 10 年了。材料、技术和设计都发生了变化,一切都在发展,学习和挑战的步伐从未停止。在雷克萨斯 IS产品介绍目录中,专门刊载了后挡泥板和后备箱周边外观设计,其中特别强调采用了最新的冲压技术,这是前所未有的,我真的非常高兴。”

摘自雷克萨斯 IS的官方网站,特别说明了冲压技术中采用了“新工艺”

冲压模具匠人--和田安信曾说过,当自己驾驶汽车行驶在路上,如果看到一辆造型炫酷的汽车,自己就会不由自主地挪不开眼睛。即使身处数字时代,也丝毫不忘原有技能的传承,学无止境,不断充实,不断去攀登更高的知识和技能高峰。在冲压加工现场,向着“制造更好的汽车”的目标努力奋进的和田还将继续迎接挑战。

(撰文:渋谷 康人、摄影:前田 晃)