天窗安裝板材料利用率的提升

文/劉玉山，趙明，鄭飛，張毓·奇瑞商用車（安徽）有限公司

車身成本控制中沖壓件材料利用率絕對是一個重要的環節，各主機廠為了降低材料成本，通過對產品結構及沖壓工藝的不斷調整，追求材料利用率最大化。同時材料利用率的提升貫穿于整個車型設計開發各階段及環節：M0造型階段、車身產品結構、產品工程數據工藝設計方案及新設備、新材料的應用等，歸納總結沖壓材料利用率控制措施可分為16種。

天窗安裝板由于制件尺寸大，同時中部安裝天窗導致制件材料利用率一直比較低。本文通過對天窗安裝板產品結構及沖壓工藝分析、調整，展示了幾種狀態下制件的材料利用率，圖1為整體式天窗安裝板，選用材料為HC220Y，產品尺寸為1625mm×1115mm×1.2mm，產品凈重量為5.2kg。

圖1 整體式天窗安裝板

采用方料的材料利用率

按照產品特性并結合沖壓工藝，制件沖壓工藝為拉延→修邊、沖孔→翻邊、整形→沖孔，在上述工序中影響材料利用率的關鍵工序為拉延工序。下面我們通過使用CAE分析來確定采用方料時的材料利用率，圖2為具體的制件成形分析。

毛坯板料尺寸為1790mm×1325mm×1.2mm，毛坯板料重量=長×寬×料厚×密度=1790mm×1325mm×1.2mm×7.85kg/m3×10-6=22.34kg，制件材料利用率=產品凈重÷毛坯重量=5.2÷22.34=23.28%。從以上方案分析可以計算出，制件采用方料成形時的材料利用率為23.28%。

圖2 制件采用方料的CAE分析圖片

采用梯形料的材料利用率

由于天窗安裝板產品特點，制件兩頭尺寸不一樣大，針對該類的制件在拉延成形時可以采用梯形料，圖3為具體制件成形分析圖；具體材料的排樣圖如圖4所示；整體式天窗安裝板開發沖壓工序圖如圖5所示；整體式天窗安裝板現場模具實物如圖6所示。

制件材料利用率計算：

毛 坯 板 料 尺 寸 為 1790mm×(1325+1100）mm×1.2mm，毛坯板料重量=長×寬×料厚×密度=1790mm×(1325+1100）mm÷2×1.2mm×7.85kg/m3×10-6=20.44kg，制件材料利用率=產品凈重÷毛坯重量=5.2÷20.44=25.44%。從以上方案分析可以計算出，制件采用方料成形時制件的材料利用率為25.44%。

對產品進行分件提升材料利用率

對于一些產品造型復雜及材料利用率比較低的制件，在產品設計階段我們可以采用大件分成部分小件進行開發，這種方式可以大大提高制件的材料利用率，為此在新車型開發中，可以運用并通過驗證滿足產品定義要求。通過對天窗安裝板產品結構進行分析并結合產品特點，天窗安裝板制件可以分為4組制件，如圖7所示。結合分件后制件特點，該4組制件可以采用合并的方式進行生產，如圖8所示。

圖3 制件采用梯形料的CAE分析圖

圖4 梯形料排樣圖

圖5 整體式天窗安裝板開發沖壓工序圖

圖6 整體式天窗安裝板現場模具實物

通過對上述分件后的制件合并后進行分析，制件兩端大小不一樣，制件成形時可以采用梯形材料，具體見圖9中的制件成形分析；制件梯形料排樣圖如10所示；天窗安裝板分件左/右段實物單件如圖11所示。

制件毛坯材料計算：

毛坯板料尺寸為660mm×(1325+1100）×mm×1.2mm，毛坯板料重量=長x寬x料厚x密度=660mm×(1325+1100）mm÷2×1.2mm×7.85kg/m3×10-6=7.54kg，從以上方案分析可以計算出，天窗安裝板左/右段后制件材料重量為7.54kg。

圖7 天窗安裝板分件數據狀態

通過對圖12天窗安裝板分件后的制件進行分析，制件采用方料成形，具體見圖13制件成形分析圖，天窗安裝板分件上/下段實物單件如圖14所示。

制件毛坯材料計算：

毛坯板料尺寸：1300mm×400mm×1.2mm，毛坯板料重量=長×寬×料厚×密度=1300mm×400mm×1.2mm×7.85kg/m3×10-6=4.9kg，從以上方案可以計算出，天窗安裝板上/下段合并后制件材料重量為4.9kg。

圖8 天窗安裝板分件左/右段合并

圖9 天窗安裝板分件左/右段合并CAE分析

圖10 梯形料排樣

圖11 天窗安裝板分件左/右段實物單件

圖12 天窗安裝板分件上/下段合并

天窗安裝板分件后制件材料利用率計算：

毛坯板料重量為分件后制件毛坯重量：7.54+4.9=12.44kg，制件材料利用率=產品凈重÷毛坯重量=5.2÷12.44=41.8%。

圖13 天窗安裝板分件上/下段合并CAE分析

圖14 天窗安裝板分件上/下段實物單件

從以上方案分析可以計算出，天窗安裝板使用分件方案后，制件材料利用率可以達到41.8%。

結束語

本文重點對天窗安裝板制件的成形進行分析，確定最佳的材料利用率方案，通過對天窗安裝板在使用方料、梯形料及分件方案分析后可以看出，采用分件方案后制件材料利用率可以大幅度提升；并采用CAE分析制件的成形性并確定板料尺寸，并計算材料利用率，為后期該件的產品設計及模具設計開發提供一定的借鑒作用。