車身開發過程中提高材料利用率的措施

魏杏娟 信召陽 許朋

（長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心）

影響汽車市場份額占有率很重要的因素是價格，汽車價格的主要影響因素除配套件成本外，還包括白車身制造成本。影響白車身制作成本的諸多因素中，沖壓板材費用占總成本的62%，因此沖壓材料在總成本中占很大的比率。所以提高汽車板材利用率成為各汽車整車廠提高產品競爭力的方法之一。文章主要探討了在車身開發過程中，提高材料利用率的幾種方案。

1 變更產品形狀

1.1 分割產品

在造型階段對油泥模型的分界線進行評審，從車身外覆蓋件造型的成型性及影響材料利用率的結構及制件拆分情況進行分析。此階段主要對分界線進行分析，分界線應盡量避免出現局部形狀的外凸或內凹，前后左右側的分界線盡量保持平行。某側圍內板后部更改前后比較圖，如圖1所示。圖1a為更改前側圍后部結構，圖1b中用分割的方式將側圍內板分割為3件，可以提高材料利用率。

1.2 材料利用率決定點部位

產品結構設計時，要考慮影響材料利用率決定點的部位，影響材料利用率決定點的部位在設計時應盡量縮短產品突出的部位。圖2示出某款車車門與翼子板配合處的分縫情況，決定門的材料利用率為前部門弧度突出的最外緣。與圖2b對比，圖2a門左側材料利用率決定點弧度突出太多，材料利用率比圖2b低。

2 檢討工藝計劃

2.1 確定材料利用率決定點

產品結構決定后，在工藝方案設計時，利用Auto-Form分析結果，判斷成型后影響板料大小的決定點。根據材料利用率決定點合理規劃料片尺寸，做到尺寸最小化。圖3示出某車側圍外板的分析結果，紅圈部位為材料利用率決定點，根據料片距材料利用率點的距離及材料的流入量來優化料片尺寸。

2.2 避免拉延工藝

在保證滿足產品性能的前提下，盡量采用壓型工藝而不采用拉延工藝，拉延應優先選擇開口拉延；采用淺拉延能滿足要求的，不采用深拉延工藝，盡可能避免階梯拉延，而充分考慮產品成型剛度，其它部位的產品成型不用重點考慮。

圖4和圖5示出同一制件2種不同工藝方案。通過模擬仿真軟件分析對比工藝數據、分析結果及料片形狀，拉延的材料利用率為26.6%，壓型的材料利用率為45.4%，壓型工藝比拉延工藝利用率高18.8%。而采用2種方案產品品質均未受到影響，因此考慮采用壓型工藝。

2.3 結合產品特點

由于原材料成本大幅增加，要求項目在保證制件質量的前提下，最大限度提高材料利用率，利用產品的特點，使用產品的檻作為拉延檻，省去了拉延筋。以中通道產品結構為例，圖6示出中通道零件的工藝方案對比圖。方案1中將分模線外移，料片設計尺寸為1 600 mm×860 mm，材料利用率為68%，如圖6b所示；方案2中將分模線內移，料片設計尺寸為1 600 mm×820 mm，材料利用率為72%，如圖6c所示。分析表明，方案2可以節省材料1 600 mm×400 mm。

2.4 左右合并及相似產品的合并

在工藝分析階段,確定各制件板材的下料尺寸，對工藝進行排布。設計合理的沖壓工藝方案對材料利用率有極大的影響。合理排布產品，例如左右合并及相似產品的合并，不僅提高材料利用率，對模具費用、加工費及模具套數都有很大幫助。

圖7示出某車型左右B柱上內板拉延工藝，圖7a為單件拉延：料片設計尺寸為270 mm×730 mm；圖7b為雙件拉延：料片設計尺寸為400 mm×730 mm，材料利用率由單件的41.5%提升到雙件的56%。

圖8示出左右B柱下內板2種拉延工藝，圖8a拉延形式的料片設計尺寸為1 520 mm×520 mm；圖8b拉延形式的料片設計尺寸為1 100 mm×580 mm，材料利用率由單件的35%提升到雙件的46%。

3 板料再利用

在調試階段，需要對模具和工裝進行驗證，同時確定產品排樣的合理性，確定量產階段板料的規格；最后在批量生產階段，對板材的邊角余料進行合理再利用，保證產品批量生產。對批量生產中的沖壓制件進行分析，將落料模產生的廢料作為其他產品的板料再利用，多個產品一起成型。

1）落料中的廢料收集。落料時收集廢料，便于應用到滿足廢料尺寸的產品，以提高材料的利用率。

2）多個產品一起成型。當產品結構及功能受限制，產品不能進行再次拆分來提高材料利用率時，可以考慮多個產品同時成型的生產方式。同種材質的產品同時生產，達到提高材料利用率，降低模具開發成本的目的。

3）比較大的孔產生的廢料可以單獨搜集再利用。大件的成型性可以考慮以下工藝方案：工藝設計時將活用廢料整塊落下收集，用于生產其他適合的產品。注意不要分開修邊及沖孔，把有可能利用到的廢料一次性修完并搜集。

4 落料排樣

使用開卷落料線可以連續N個件1個廢料，而采用普通落料可能3個件1個廢料，材料利用率低，如圖9所示。

5 結論

影響材料利用率的方面很多，為了保持產品的競爭力，需要不斷開拓思路、挖掘潛力。當沖壓件的外形確定后，其供貨成本由生產所需坯料尺寸決定，用材料利用率值來衡量坯料尺寸的合理性。對于整車來說，材料利用率值越高，說明工藝水平越高，成本控制越好。