冲压成本 — 起落之间的数字艺术

钢的分类方法常见有按照化学元素，质量等级，及用途三种分类方法。按化学元素分类中的Wc表示碳元素含量百分比，WE表示合金元素含量百分比，Ws表示硫元素含量百分比，Wp则表示磷元素含量百分比。以碳素钢为例，含碳量越高，表示该材料的屈服强度，抗拉强度越大，价格越高；合金钢的WE值越大则说明合金含量越高，价格也越贵。一般情况下，硫和磷在钢中通常都是有害元素，增加钢的热脆性及冷脆性，降低钢的延展性，塑性，对焊接也不利；因此Ws、Wp含量越低，表示钢的质量等级越高，价格也越高。

该页讲述了冲压材料是如何从原材料矿石变成钢卷的全过程。通过图片，可以看出热轧钢和冷轧钢的区别：相对于热轧钢来说，由于冷轧钢增加了退火工艺，且多了一道常温轧制工序，钢板表面不产生氧化铁皮，表面质量与尺寸精度较高，故同炉号的冷轧钢卷性能高于热轧钢卷，成本也略高。冷轧板以其良好的性能在越来越多的行业得到广泛应用。小钢厂的钢卷同大钢厂相比，表面质量，尺寸，生产过程中的工艺参数控制稳定性相对弱些，其价格普遍比大钢厂便宜。冲压工艺和钣金工艺两个概念是从业人员经常容易混淆的；区分这两个概念可以从适用材料，有无模具，产品厚度一致性等方面进行区分。

列举的价格为某品牌钢厂参考价格，上面三个是未镀锌的冷轧板单价，下面四个是镀锌板单价。材料单价受宽度、表面质量等级、锌层厚度、板厚以及运输距离的影响。

冲压件常见工艺有分离与成型两大类，每个类别里有各自细分的专有名称。国内外在分类与名称上不尽相同；国外比如，Blanking, Punching, Piercing, Parting；Curling, Seaming, Hemming。

设备为冲压件大批量生产时常用设备。机械压力机，液压机每分钟冲程数一般为20-70次，高速压力机则可达几百次。评估零件成本选择设备时不能一味选择高冲程数设备，而应结合产品大小，工序要求，人员操作节拍，进料速度等综合考虑。

设备（数控剪板机除外）在冲压件生产中一般作为小批生产时使用。数控冲床，数控折弯机因无需模具就可生产，对于量小的件能节省模具费。

通过节拍时间可以侧面评价一个企业的制造水平高低，较低的节拍时间意味着生产过程中的浪费较少，生产效率高。MTM方法可以作为制定标准工时的依据。节拍时间受多种因素影响：工序内容，人员，设备，模具，工作台，料框，现场布局等，如何降低这些因素的影响是各企业所应关注的重点。

设备费率是计算加工费时的重要参数，受以下因素影响：设备总投资，折旧年限，借贷利息，占地面积，额定功率，平均运行功率指数，维保费用，耗材费用等。

仅凭上述信息（2D/3D图纸，产量，材料净重）是否能够开始估算成本？答案是不能。估算成本前应了解产品相关技术要求：如产品外观质量（划伤，凹坑，污点等）要求、材料牌号（品牌）要求、表面处理要求、毛刺要求、性能要求（疲劳，寿命）、交货频率等。假设客户对于毛刺的要求比较高，那么需要考虑增加去毛刺工序；如果客户要求表面洁净度很高，那么则需要考虑增加清洗，除油工序。因此了解用户需求对于估算成本是很重要的。

工艺分析是工序排布前非常最要的环节，主要从加工精度，材料及结构性三个角度来看；尺寸精度受模具，设备精度影响，不同公差等级的尺寸精度对应不同的加工方法，通过尺寸精度分析也可以识别该件是否存在过设计的情况存在；材料分析则重点看下图纸要求材料是否适合冲压成型，过软及过硬均不适合；过软时，产品截面无明显光亮带，且易粘连模具，R角难以控制；过硬的材料对模具寿命是较大挑战。

不同工艺方案所对应的工序总数，设备，模具不尽相同，均会较大影响加工成本。列举可能的工艺方案对技术要求较高，非工艺背景人员难以操作。实际操作中可向工艺人员寻求支持。

按照简化公式可快速计算，也可向设计人员，工艺人员寻求支持。

裁切方案分析，排样分析是确定材料最优化方案的重要一步。上图仅列举了一种宽度的钢材的裁切方案对比，实际应用中可对比分析多种宽度钢材后得出裁切率最高的裁切方案。排样也是较为重要的一环，该产品片料为规则矩形，当片料形状为不规则形状时，应当设计不同的排样方式。并结合单排，双排，多排料带等进行分析。

通过各工序设备动作中的受力分析，可计算出每工序所需的最小吨位压力机，结合常见设备吨位型号可以初步选择压力机。

最经济的压力机型号选择要结合吨位，台面尺寸，合模高度，滑块行程，冲程数，生产节拍，设备类型，品牌等因素综合考量后选择。作为标杆成本计算依据。

结合成本计算工具/模型，在同等假设条件下计算两种方法（左图为工程模，右图为连续模）时的不同成本。从计算结果可以看出：即使连续模有较大的模具投资，也给产品成本分摊造成了较大影响，但是由于其加工成本低的优势，其总成本依然低于工程模。为了对比两种加工方法的优劣，分享人模拟了当年需求量为5000件时的两种方法的成本对比（缺少图片），当产量越低时，模具成本分摊的因子变小，对产品成本影响权重逐渐加大，连续模方法的优势被掩盖；此时由工程模生产的产品总成本较低。

当年需求量增大为20万件时，两种方法下的总成本较5万件/年时均有大幅下降。这是由于模具安装，调试成本，模具投资等均被较大产量进行稀释所导致。

讨论问题记录：

1.除去介绍的几种材料字母含义外常用的还有什么？根据客户要求选用合适材料一般原则是什么？‍

答：‍SPCC含义：S：steel, P: plate, C: Cold（冷轧）, C: common(普通级）。DC51D+Z含义：D：扁平钢板， C：冷轧，51：钢的序列号，越大代表延伸性越好，比如52，53等；D：热镀锌， Z：纯锌镀层。QSTE420TM：Q：冷成型, ST：钢， E：工程用钢， 420：屈服强度420Mpa, TM:热轧。Q215： 表示屈服强度不低于215Mpa的热轧钢板.

根据客户要求选择材料，建议从使用环境，寿命等要求出发，识别在该环境下所需的屈服强度值，抗拉强度，疲劳强度，硬度，延伸率等关键指标，并考虑表面要求等。

‍2.会有电镀钢卷吗？

答：建议大家研究下热镀锌与电镀锌的区别；钢厂生产产品要么是黑件（未镀锌），要么是热镀锌板。没听说过电镀锌钢卷，电镀锌一般是在产品成型后进行。

‍3.如何根据材料牌号区分冷轧热轧？

答：如需区分热轧，冷轧，首先要理解各牌号所代表的含义，必要时查阅材料手册及标准对照表（国标，日标，德标等）。

4.钢卷价格中的镀锌指的都是热镀锌吗？

答：‍是的；我们接触到大都是热镀锌。在做成产品后再去电镀。以汽车行业为例，预镀材且对切断面要求不高，一般不会再去做电镀。如果对切断面要求高的话，切断做成产品后会再考虑去做电镀。

5.什么情况下需要整修？‍

答：对于对孔的要求比较高的，第一次冲压达不到要求的时候，就会增加一步进行整修。在冲压中很常见，一般是连续冲再加单工位冲。

6.能否介绍一下一般冲压设备？一般用什么评估标准工时？

答：常用的冲压设备有机械（曲柄）压力机，液压压力机等，曲柄压力机分开式，闭式；单动，双动等。曲柄压力机与液压机相比具有动作速度快，生产效率高，易维修等优势，但也具有行程小，无保压作用，易发生过载，压力受死点位置影响而波动等缺点。同吨位液压机与曲柄压力机相比，因为结构相对简单，价格往往较低。中小型冲裁件可选择开式曲柄压力机，因其三面敞开，操作方便，易于安装附属设备，成本低廉等因素；大中型精密件可选择闭式曲柄压力机，这类压力机两侧封闭，刚度好精度高。对于落料冲孔件的大量生产，可考虑高速压力机，因其节拍快，效率最高；大型厚板件的弯曲，拉深，成形，校平工序可考虑采用液压机，因为液压机不会发生过载现象，且施力稳定，施力行程大。如果想要推算较为准确的冲压CT，可以使用MTM方式来定义各工序的标准工时。在设计时将每一道工序排出来，根据MTM分解每个步骤，根据产品大小、走动距离、有无精准操作、是否有不利于操作的因素等按照不同类别写不同代码，算出对应的时间然后将不同步骤的时间加起来计算标准工时。‍‍

7.如何判断材料是否适合做冲压？‍

答：根据材料的伸长率、断面收缩率，屈服强度，抗拉强度，硬度等属性判断。太软材料不适合做冲压，太软会导致冲压的时候材料的断面不光亮；太脆太硬的材料也不适合。

8.冲压时间怎么计算？‍

答：可参考MTM方法，将各工序动作进行分解，分别计算各动作所需时间；求和后即该工序时间。设备时间可通过冲程数进行计算。

9.连续冲压的冲压设备吨位怎么计算？‍

答：连续冲压排工序与单工位冲压的工序是不同的，单工序如果是4站冲压，连续冲可能要排10站左右。对于连续冲压的吨位选择，需要综合考虑每一个工位的受力，累加在一起。‍先根据20、21页，进行力学分析来进行吨位计算，再参照22页，根据冲程数、台面尺寸，合模高度等参数综合考量来选定最经济设备。

‍‍10.有没有从系统上来做一个工具，输入一些参数，然后可以自动计算？

答：理论上是可以实现的；取决于方程式的建立难度及影响因子的定义。

11.关于技术性降本？能不能举例说明降本要点。

答：

1. 带螺纹孔的冲压件改为光孔冲压件。

2. 尺寸相差较小的件考虑共模解决，节省模具投资。

3. 工艺尾料的二次利用及大片材外观件废料在非外观件上使用。

4. 用高强度塑料件（比如PA66+40%GF）替代金属压铸件。

5. 技术创新开发新结构产品。

6. 塑料+金属嵌件替代金属件。

7. 提高金属外观件表面硬度后去掉保护膜等。

分享人后记：

冲压是应用非常广泛的传统行业；近年随着市场竞争加剧，人力成本上涨影响，越来越多的冲压行业从业者越来越关注产品竞争力的提升。本次分享内容尝试从材料利用率，工艺排布，设备选型等几个角度来分析一个简单冲压件的成本最优方案，作为标杆成本估算案例供大家参考，学习讨论。经验有限，时间仓促，错误难免；请各位读者批评指正。欢迎各位读者与分享人联系共同探讨。

砖家点评：

1.分享人介绍了冲压必备的三大要素的基础知识，即原材料、模具类型以及冲压的分类。另外举例说明了冲压件成本的分析，让大家对冲压有了基本了解。2.随着竞争的加剧，成本无疑会是制约其发展的一个重要因素，而零部件成本的核算如何做到准确无误会是其中重要的一环，也将直接影响其竞争力。3. 冲压新技术发展很快，对于比如高精度的模具、高效率的加工方式、伺服冲压技术、自动化生产、热处理方法等等，也是一个合格的成本人员要掌握的知识点。

主持人感想：

冲压工艺在金属加工中是一种常见的工艺，但是要把成本真的核准也是一件不容易的事情。这次分享人从原材料，排版，设备选型到工艺排序与节拍等几方面分析，最后得出成本。这些是在计算冲压成本时候都需要收集的关键要素。成本分析人员如果能够对落料排版，工艺排序，与设备选择有了解，对冲压成本的分析会很有大帮助。非常感谢分享人花了10天时间来完成这次分享课的课件，从冲压成本的角度来看，这次分享包含了从工艺到成本的所有知识，堪称是教科书般的分享。