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2023.10.13

第6期 能让车身再生的工法,其真面目是……?

目录

以划时代的技术从零开始制造车身零件
因修复翻新PUBLICA而被关注的工法
在制造一线备受关注的金属板材渐进成形法
“成形数据”的创建极其困难
最新技术×旧汽车=未来的汽车制造

汽车行业迎来了百年一遇的大变革期。丰田汽车集齐所有部门,展开了史无前例的划时代挑战。

其中之一就是2022年春天,从公司内各生产工厂聚集各色各样的人才,在元町工厂开启了“初代皇冠修复翻新项目”。

丰田时报为您介绍该项目背后的意义,并带来修复翻新现场最近距离的报道。在第6回连载中,将介绍“金属板材渐进成形方法”,这是在第4回报道的车身修复中使用的金属加工技术。

以划时代的技术从零开始制造车身零件

如时报曾报道过的初代皇冠车身修复翻新工作第4回中所述,该项目集结了堤工厂、田原工厂、高冈工厂、元町工厂、研发试制部等,公司各专业的9名精英成员负责。

在修复翻新时成员们发现,车身和零件的状态并不好,锈迹腐蚀现象尤为严重。譬如外表看不到的车身下部,以及容易残留雨水的车门下部、车轮罩等结构腐蚀明显,特别是车底板与下边梁护板的腐蚀程度远远超乎了项目组成员们的预想。无奈成员们只能将生锈的部分清除后,从零开始制作零件。

因为此次初代皇冠修复翻新项目的目标是“实现只有汽车厂商才能做到的,完全复刻当年制造水平的高水平修复翻新”,因此这种做法对于成员们来说也是理所当然的选择。

从零开始制作车身板件最大的障碍便是制造成本问题。若选择量产车制造的方式,用冲压模具制作车身板件,将会花费巨大的费用和时间。

如时报曾经报道过的“支撑起日本造车业的匠人们”第5回内容中所述,能够制造车身板件的大型冲压模具,1套的制造价格就高达数千万日元,并且还需要花费大量制作与调整的时间。因此,本次只能选择使用生产了几百万辆的量产车车身板件进行改造。

但是,以传统的手工敲击钣金方式来制作车身板件同样有难度,需要由非常熟悉一线生产,拥有超高技术的“敲击钣金匠人”来负责才有可能实现,且同样很花时间。

如果不能克服上述难题,就无法达到本次项目的目的之一:实现只有汽车厂商才能做到,以高水平低成本的方式完成高品质的修复翻新工作。

因修复翻新PUBLICA而被关注的工法

担任初代皇冠修复翻新项目的成员们,从立项之初就意识到了这个问题,因此在本项目正式开始前,就一直在公司内外展开了多次调查。

结果他们得知,公司内的移动旅行部现在正在使用一种被称为“金属板材渐进成形”的加工方法。这种工法曾在PUBLICA的修复翻新项目中被使用,从而得到了员工们的关注。

于2022年4月开始的初代皇冠修复翻新项目,6月时已经一根螺丝不落地完成了汽车的拆解工作。彼时项目组成员们发现零件腐蚀生锈严重,如前文所述,最严重的要属车底板和下边梁护板结构。

其他结构还好说,但至少这两处的板件需要以某种方式从零开始制造。因此,项目组成员们找到了隶属于移动旅行部的佐藤正则SX、高桥将志EX、以及技术人员高山滉平,商讨如何以金属板材渐进成形的方式制造车底板。

佐藤原本是冲压模具修正(焊接、精度修理、品质调整)方面的专家。他在担任宝贵人才培养相关工作的同时,自身还在不断尝试新的挑战,掌握了各种各样的技能。最终他作为一名金属板材渐进成形工法匠人得到了公司的提拔。如今的他,已是一名熟练掌握并使用这项工法12年之久的前辈匠人了。

佐藤十分热爱他的工作,采访中他曾表示:“只要有委托,我就不会拒绝。即便是遇到了无法加工的形状,我也会尽量贴近对方需求,一同去思考解决方案。”

高桥也是一名掌握了各项技能的优秀人才,迄今为止他曾担任过试制零件制造(钣金、焊接、激光)、模具修正、板件表面检查等多项工作。还曾在第35届日本全国技能大赛中获得了金奖(钣金折弯),有着十分辉煌的履历。

他在工作中十分讲究效率,会在项目开始前进行彻底的前期方案研究,尽量避免半途而废、重头再来。

在制造一线备受关注的金属板材渐进成形法

高山

上图为移动旅行部的高山滉平(左)和中岛悠太(右)。

金属板材渐进成形是一种加工技术,它通过将棒状工具压向金属薄板的一部分并移动,从而将金属薄板加工成目标形状。该技术不进行切削,而是通过施加一定的力使材料逐渐变形,以便进行加工。

具体而言,就是将金属平板放在加工机上,利用计算机对棒状工具进行数值控制并对平板施加力,使其变形。

用金属板材渐进成形方法制作的车底板(图中内侧)和已被腐蚀的原车底板(图中外侧)。

2012年,高山所属的移动旅行部已经引入了这项技术,在“iQ GRMN SuperCharger”的车门上进行文字的三维化加工和表现。

近年来,金属板材渐进成形法该技术不仅在汽车行业大放异彩,因为它无需模具,可大幅降低加工成本并缩短研发时间,是一种低成本且能实现多品种小批量生产的塑性加工技术。当然,汽车行业的各公司也在争相开发这项技术。

延时拍摄缩略图(视频)

Cap)金属板材渐进成形方法的实际加工过程。

制造同一件车身零件,如果使用模具手工敲打钣金,熟练的钣金匠人需要花费数天时间才能完成一个。

然而,使用数控自动加工机进行金属板材渐进成形的话,只需确认好加工数据,就可以在需要时按一下开关进行生产。因此,它非常适合生产供应零件等。

使用金属板材渐进成形方法加工上图中的板件大约只需要6个小时。

“成形数据”的创建极其困难

然而,通过金属板材渐进成形方法生产车身板件并非易事。计算机控制的自动加工机需要使用3D-CAD设计软件创建加工数据,用以指示车身板件的制作位置和形状,但是创建这些数据非常困难。

佐藤SX、高桥EX和高山三人决定首先围绕初代皇冠车身及其组成零件——车身板件的构造进行彻底的调研。

佐藤SX

在调查过程中,我们感受到制作车身的前辈们的智慧和技术以及他们对造物的极致追求,并为之折服。

当时的车身是由多个零件连接而成,但焊接和加工工艺非常精湛,完全看不见接缝处的痕迹。

过去车身下部结构也与今天的完全不同。现在很多零件都是一体化的,但过去一个部分是由很多零件组合而成,所以肯定有很多道工序。但我们发现这些工序都是经过深思熟虑,而且可以高效进行的。

高桥EX

起初,我们尝试对加工数据进行逆向工程。我们想用测量仪器测量了要修复翻新的初代皇冠的板件,并将其形状数据化。

然而,由于板件破损严重,无法进行精确的测量,所以得来的数据并不准确。

因此,我们不得不解读当时的图纸,从头开始将其转换成数据。不过对我来说,根据图纸制造产品并不难,毕竟我年轻时参加过世界技能大赛,解读图纸是制造的基础。

不过,当年的图纸都是手画的,而且这些图纸已经被修改过很多次,要看懂它们相当困难。

事实上,他们三人是第一次尝试用一块大金属板制作形状复杂的板件。

由于需要成形的量相当大,板件在加工过程中多次开裂和起皱。

每次出现这种情况时,三人便会对每个零件进行分类,找出出现问题的原因,然后活用他们在冲压加工修正和钣金加工方面积累的know-how改变加工数据,通过反复试错试验,坚持生产车身板件。

此外,为了提升效率,他们还首次尝试将两个零件合并在一块金属板上进行制作,而不是将小零件分开制作。

最新技术×旧汽车=未来的汽车制造

高山在移动旅行部专注于这项技术已经是第三年了,他以前是负责冲压加工的“冲压师傅”。

高山,还有辅助他的佐藤、高桥,表示自己现在切身感受到了这一技术的无限可能性。

高山

与冲压加工不同,因为没有模具,所以通过变更加工数据,可多次修正零件。

如果知道了问题点,对滚珠工具的作动轨迹进行修正后再加工就可以了。这也是金属板材渐进成形方法的特点。

在生成加工轨迹时,在哪一处敲击多少次,就要看老钣金手艺人的know-how了。

Cap)移动旅行部的高山滉平

同时,相关公司和供应商也存在为了替换零件的生产,不得不多年保有古旧模具的问题,相关人士也在讨论金属板材渐进成形方法是否能解决这一课题。

现在的金属板材渐进成形方法需要相当于下模的夹具,如果能将这个夹具通用化,就可以进一步降低成本。

丰田公司内部以雷克萨斯和GR等为中心,金属板材渐进成形方法已用于新型车的生产。目前为止主要用于铁和铝等金属材料的加工。

但是在公司内也在尝试将这种技术应用于树脂零件,这也是世界上首次的挑战。其中一个例子就是“雷克萨斯LC 特别规格车‘EDGE’”的FR保险杠鸭翼。

雷克萨斯LC特别规格车“EDGE”

高山

金属板材渐进成形方法运用于树脂零件,我认为这或许能够改变汽车制造的未来。活用这一技术,可以对现有保险杠等树脂零件以较低的成本进行设计更改。

未来,我们希望能让顾客根据自己的喜好,从众多选项中自由选择适合自己的设计,为顾客提供新的价值。

今后我们也要努力磨练技能和技术,立志让更多的顾客展露笑颜。

初代皇冠可谓是丰田的原点。在车身面板制作中采用金属板材渐进成形方法这一壮举,让初代皇冠修复翻新项目,不再仅仅是一次旧车的修复翻新,更成为了改变汽车制造,创造汽车社会新未来的伟大项目。

河合老师傅与河村孝德EX

图为伊村生产本部长、河村EX和高山技术员。河村EX以至今为止的经验为基础,在今年也加入了金属板材渐进成形方法小组。并迅速在两周内制造出了新追加的修复翻新零件,甚至还制作了给董事的纪念品。

在下期第7回连载中,时报将为您介绍修复翻新现场是如何传承铸造工序中被称为制造的DNA及报道年轻人活跃的身影。

(文・涩谷康人)

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