淺談汽車車身材料利用率提升方案應(yīng)用

陳 馨，崔禮春，楊誼麗

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

目前汽車市場競爭越來越激烈，消費者對于汽車的要求也越來越高，尤其在家用乘用車方面，從近年來各大主機廠紛紛推出各自的高端車型也可見一斑。汽車市場競爭激烈，降低成本、綠色制造勢在必行。對轎車來說，沖壓件作為整車構(gòu)成的重要部分，占整車成本的15%～20%、占整車重量的30%～50%，所以提高沖壓件的材料利用率，降低材料消耗，對降低整車成本、實現(xiàn)綠色制造意義重大。

但根據(jù)行業(yè)現(xiàn)狀，當(dāng)白車身材料利用率達到55%以后，進一步提升的難度大幅增加。為此，各大主機廠也投入較大精力，從設(shè)計到制造進行全方位進行技術(shù)攻關(guān)，希望在保證整車產(chǎn)品性能的前提下通過提高材料利用率，來降低整車成本、提高產(chǎn)品競爭力,同時降低材料消耗、實現(xiàn)綠色制造。

常規(guī)來講，提高沖壓件材料利用率可以分為以下幾種情況：造型優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料優(yōu)化、廢料再利用、套件成型等，下面以實際車型為例，具體分析材料利用率提升方案。

1 造型優(yōu)化來優(yōu)化材料利用率

優(yōu)化造型分塊，如圖1所示某車型行李箱蓋外板：板件在沖壓方向上，左右兩側(cè)落差大，影響材料利用率。方案是對行李箱蓋外板進行拆件，玻璃下方拆成兩段（圖2），采用激光拼焊形式實現(xiàn)整體造型，材料利用率提升約0.2%。

圖1 整體式行李箱蓋外板

圖2 行李箱蓋上外板和下外板

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化來優(yōu)化材料利用率

2.1 合理分件避免零件局部突出

某車型前地板兩端局部突出，料片展開后局部突出部位影響材料利用率，按照圖3所示對凸點進行分段，材料利用率提升4.8%。

圖3 前地板

左右后窗框外板造型復(fù)雜，不僅不容易成型，工藝補充面也較多，修沖后廢料占比大，嚴重影響材料利用率。通過圖4所示分成兩件之后，材料利用率大大提升，提升約18.5%。

2.2 減小零件深度

圖4 后窗框外板

如圖5所示后門內(nèi)板深度超過170mm，導(dǎo)致成型困難，材料消耗利用率低。后門里板門鎖區(qū)域拉延深度減少40mm，其板料步距可減少30mm。零件重量減少0.06kg，材料利用率提升0.68%。

圖5 后門內(nèi)板

3 工藝優(yōu)化來優(yōu)化材料利用率

3.1 開口零件結(jié)構(gòu)成形工藝代替拉延工藝

在保證沖壓件質(zhì)量的前提下，采用工藝補充面較少，產(chǎn)生廢料少的工藝，從而提升材料利用率。如圖6所示后地板后橫梁，成形和拉延同時可滿足沖壓件質(zhì)量要求，采用成形工藝比拉延工藝材料利用率可提升8.5%。

圖6 后地板后橫梁

3.2 減小工藝補充

在做DL設(shè)計過程中，為了保證沖壓件成型后質(zhì)量要求，都會對模面進行多次優(yōu)化，來使成品沖壓件做到最優(yōu)。優(yōu)化模面，其實是優(yōu)化工藝補充面，在保證成品沖壓件質(zhì)量的前提下，工藝補充面越小，產(chǎn)生廢料越少材料利用率越高。

如圖7后窗框內(nèi)板，件本身有一定起伏，模面補充從R角、拉延筋寬度等方面從設(shè)計標準中間值調(diào)試設(shè)計最小臨界值，材料利用率可提升2.4%。

圖7 后窗框內(nèi)板

3.3 提高材料利用率的工藝創(chuàng)新

如圖8所示某車型的大天窗加強框，中間廢料區(qū)域較大，如果采用方料直接進行下料生產(chǎn)，材料率較低；如果采用激光拼焊板，直接用4塊方料進行拼接成中空的板材，廢料相對減少，材料利用率大大提升，經(jīng)計算本案例可提升16.2%。

圖8 大天窗加強框

3.4 毛坯尺寸優(yōu)化

沖壓件到了工藝驗證階段，模具調(diào)試穩(wěn)定后需要對毛坯尺寸進行優(yōu)化。如圖9所示為某車型側(cè)圍行李箱流水槽，工藝設(shè)計時料片尺寸1060mm×500mm，有回彈風(fēng)險，為保證制件品質(zhì)，此料片尺寸留有余量。工藝驗證階段，模具調(diào)試穩(wěn)定后對料片進行優(yōu)化，最后定版料片尺寸為1055mm×480mm，材料利用率從53.7%提升至56.2%，提升了2.5%。

圖9 側(cè)圍行李箱流水槽

通過工藝優(yōu)化來提高材料利用率的措施還有很多，如在材料利用率控制點處優(yōu)化分模線、模具精剪代替常規(guī)精剪、優(yōu)化排樣等，均可一定程度上達到提升材料利用率的目的。

4 廢料再利用來優(yōu)化材料利用率

廢料再利用即把本來沖壓當(dāng)做廢料的部分，重新搜集起來，當(dāng)做另外一個件的原材料進行生產(chǎn)，提升了整車開發(fā)材料利用率。

如圖10某車型側(cè)圍外板，中間門洞位置廢料區(qū)域較大，落料后可搜集重新利用，廢料搜集尺寸如圖11所示。經(jīng)過與產(chǎn)品設(shè)計溝通，把料片尺寸與A區(qū)域和B區(qū)域相近C柱上內(nèi)板連接板與加油口蓋座板（圖12）材質(zhì)變更成與側(cè)圍外板一致，節(jié)約了原材料約1.3kg，提升了整車的材料利用率。

圖10 側(cè)圍外板

圖11 側(cè)圍外板門洞廢料

圖12 優(yōu)化材料利用率

5 套件成型來優(yōu)化材料利用率

套件成型即在大件的工藝補充部分嵌套小件，既節(jié)省了小件的原材料又節(jié)省了模具費用。以某車型的小天窗加強框為例，天窗加強框內(nèi)部存在大片廢料區(qū)，故天窗框內(nèi)部嵌入4個天窗加強板，并將材質(zhì)、料厚改為與天窗框一致，節(jié)約天窗加強板原材料重量0.712kg，減少天窗加強板成形模的開發(fā)成本。

基于成本及工藝最優(yōu)化原則，將4個零件兩兩組合成形，一出二形式，組合方式見圖13。兩塊坯料尺寸分別為：1690mm×1260mm，1220mm×700mm，坯料總質(zhì)量約22.5kg，材料利用率為10.04 kg/22.5kg=44.6%。

圖13 小天窗加強框

6 結(jié)論

（1）降低了整車開發(fā)成本。以某車型為例，整車材料利用率提升1個百分點，節(jié)約板料重量約為12.32kg，按照板料市場參考價6元/kg計算，白車身成本節(jié)約12.44kg×6元/kg=74.64元。

（2）造型階段具體方案在尊重整車造型效果的基礎(chǔ)上提出，可實施性較小，貢獻度有限。

（3）產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計階段技術(shù)手段，可實施性相對較大，貢獻度大。