“支撐起日本造車業(yè)的匠人們”第5期沖壓模具匠人--和田安信

目錄

? 車身制造不可缺少的模具
? 將汽車外觀設(shè)計(jì)圖紙變成實(shí)物的工作
? 以微米為單位手動(dòng)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(yàn)
? 為了“制造更好的汽車”

在當(dāng)今這個(gè)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(shí)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(gè)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(dòng)出行部 產(chǎn)品保證課 首席專家

車身制造不可缺少的模具

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(duì)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(dòng)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(duì)于車身而言，堅(jiān)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(dòng)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(bào)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(tái)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(gè)個(gè)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(shí)際上大多由工人手工打造，當(dāng)時(shí)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(shí)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(shí)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(bào)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(shí)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(jí)”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。可以說他是一名站立在沖壓模具巔峰的頂級(jí)匠人。

“構(gòu)成一輛汽車的3萬多個(gè)零件中約有 1000個(gè)是鋼板制成，在這1000多個(gè)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(gè)崗位?！?/p>

將汽車外觀設(shè)計(jì)圖紙變成實(shí)物的工作

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(shí)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(shí)沖壓模具基本上都由經(jīng)驗(yàn)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(huì)被切割下來的黑色模具粉末弄得灰頭土臉一身黑?！?/p>

當(dāng)時(shí)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(shí)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(jì)是由設(shè)計(jì)師完成的，但設(shè)計(jì)出來的圖紙，特別是外觀設(shè)計(jì)，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(shí)際車輛外觀上展現(xiàn)出設(shè)計(jì)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(jì)圖紙成型。實(shí)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(gè)車身側(cè)部的重要部位，被稱之為‘汽車外觀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵’。這個(gè)零件的模具長達(dá)約4.5米，寬約2.3米，上下模組合時(shí)重量更是達(dá)到了約30噸。如果這個(gè)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(shí)，部分鋼板就會(huì)出現(xiàn)開裂、變形，嚴(yán)重影響外觀的完整性?！?/p>

以微米為單位手動(dòng)調(diào)整龐大的模具

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(shí)，首先會(huì)使用計(jì)算機(jī)的 CAD 軟件完成設(shè)計(jì)模具。

接下來，與豐田合作的鑄件制造廠會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，做出一個(gè)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(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密加工。但直至這個(gè)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(huì)在這個(gè)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(shí)，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，鋼板的某些部位上會(huì)出現(xiàn)起皺或扭曲，還有某些部位會(huì)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(dòng)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(xiàng)調(diào)整工作正是“匠人”的舞臺(tái)。

“試沖壓”后的外板立在一個(gè)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(dòng)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(duì)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(jì)的線條不是直線而是彎曲時(shí)，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(duì)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(gè)數(shù)米長、數(shù)十噸重的巨大模具。這種“模具檢查”方法實(shí)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(gè)過程中，匠人們借助于長年累月積攢的經(jīng)驗(yàn)，思考在哪個(gè)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(shí)會(huì)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(dòng)，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(yàn)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(gè)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(jì)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(shí)每一個(gè)師傅各有各法。我會(huì)憑借著自己經(jīng)驗(yàn)和技能，綜合思考哪個(gè)才是最好的調(diào)整方法，然后付諸行動(dòng)?！?/p>

對(duì)于普通人而言，也許永遠(yuǎn)不會(huì)意識(shí)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(yàn)，以微米級(jí)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(gè)大型模具，檢測工具就是自己眼睛和觸感

“連續(xù)工作”4年的沖壓模具

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(shí)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(yàn)。

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(huì)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(gè)零件的誕生，必須按照4個(gè)加工階段配備不同的形狀的模具。

海外工廠的母工廠

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(huì)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(huì)被精確測量并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)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(huì)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＞撸罱K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(xiàng)費(fèi)時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)力，否則當(dāng)?shù)貑T工是不會(huì)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。

無法轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的感覺、技能和經(jīng)驗(yàn)

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(dòng)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(jì)數(shù)據(jù)在當(dāng)?shù)刂匦录庸ぶ谱髂＞撸缓笤僦匦抡{(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。”

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(shí)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(yàn)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(xiàng)重要工作

“模具的沖壓加工中，有很多東西在沒有開始實(shí)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(jì)軟件設(shè)計(jì)出來的沖壓模具圖紙時(shí)，大概可以預(yù)想到哪里會(huì)出現(xiàn)問題。但是實(shí)際上真正會(huì)出現(xiàn)怎樣的麻煩，只有在實(shí)際去沖壓工程中才能知道?！?/p>

最難的是經(jīng)驗(yàn)的積累。在和田的時(shí)代，“失敗”是工序中必然的步驟。然而在現(xiàn)在，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的周期已大大縮短，對(duì)于年輕一代的匠人們來說，已經(jīng)無法給與他們“失敗”時(shí)間。和田說：“這個(gè)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(duì)數(shù)字化的人才，才能迎接新時(shí)代的到來的。但是，所有如果沖壓模具制造全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，是不是就不再需要沖壓模具匠人呢？”

為了“制造更好的汽車”

對(duì)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(jì)，尤其是車身，發(fā)生了巨大的變化。這是因?yàn)樯玳L的這句豪言壯語改變了設(shè)計(jì)師們、改變了我們這些與車輛設(shè)計(jì)相關(guān)人員的想法，我們會(huì)自主地意識(shí)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(jì)’，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)在沖壓加工中不易變形，模具制作相對(duì)容易。也就是說，在過去設(shè)計(jì)開始前，就會(huì)以各種理由提出沖壓的要求，而設(shè)計(jì)師需要根據(jù)這些要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(jì)師擺脫束縛，大膽創(chuàng)新車身外觀設(shè)計(jì)，制造現(xiàn)場凝心聚力將設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)，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(jì)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(shí)現(xiàn)過去豐田車型從未有過的清晰而銳利的設(shè)計(jì)線條。

“從那時(shí)起已經(jīng)過去約 10 年了。材料、技術(shù)和設(shè)計(jì)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(jì)，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(huì)不由自主地挪不開眼睛。即使身處數(shù)字時(shí)代，也絲毫不忘原有技能的傳承，學(xué)無止境，不斷充實(shí)，不斷去攀登更高的知識(shí)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）