剖析如何提高汽車結構件材料利用率

支明遠，孫 林

（江鈴汽車股份有限公司車架廠，江西南昌 330001）

1 引言

在汽車市場競爭日益激烈的今天，汽車銷售價格逐年下降，車企若想獲得市場競爭優勢，必須要降低汽車制造成本才能確保銷售利潤，因此，降本已成為企業生存發展的主旋律。對于沖壓件成本占整車成本20%以上的沖壓廠，原材料成本占沖壓件總成本的60%～70%，提高原材料利用率就成為降本的關鍵。而汽車結構件由于板材厚，如何優化工藝對于降本就顯得尤為突出。

2 總體思路

以皮卡車型為例，結構件重量為180kg，按材料利用率提升1%來計算，單臺定額就可以降低1.8kg，按照目前市場原材料6元/kg，單臺車就可節約原材料成本10.8元。如果每臺車都可以降低10.8元，按年產銷預測33萬臺計算，就可為企業節約原材料成本356.4萬元。由此可見，提升材料利用率能夠給企業節約非常大的成本。汽車結構件主要有縱梁件、橫梁件、擺臂件及副車架件等，相對于覆蓋件來講板材更厚且材料都是熱軋酸洗板，沖壓件造型相對簡單且尺寸大小相差較大。同時結構件由于板材厚，相對薄板件，具有屈服強度波動大、厚度公差大、表面質量差材料力學性能不穩定，并且材料延伸率低成形易硬化等缺陷，CAE分析數據與實際情況會存在較大誤差。針對結構件這些特點并結合結構件降本的經驗，除了傳統的排樣降本，還可以從以下幾個方面來提升材料利用率：①淺拉伸件來料尺寸優化；②帶法蘭面的U型件來料尺寸優化；③沖裁廢料再利用；④根據裝配關系進行來料尺寸優化；⑤落料改為開卷落料，如圖1所示。

圖1 提高結構件材料利用率的總體思路

3 提高結構件材料利用率的方法

3.1 淺拉伸件來料尺寸優化

淺拉伸件，以某寬商務車型的下緣前加強板為例，沖壓件原設計的成型工藝為閉口拉伸成形（見圖2），需要的工藝補充料較多，后序修邊將工藝補充料裁剪形成最終沖壓件，由于壓邊較多使材料利用率受到限制。經分析，該沖壓件上部拉伸深度較淺，修邊幅度較大，最終沖壓件如圖3中A部分（淺色部分）。采取的方案：在沖壓件上部由于拉伸時板料流動不大，取消上部的壓邊筋，嘗試將該件的拉伸方式由之前的閉口拉伸改為開口拉伸，減少上部壓邊量，沖壓件質量方面將重點關注起皺和開裂。通過工藝驗證，來料尺寸可由之前的415×1,560mm優化至390×1,560mm，材料利用率由之前的43.29%提升至46.06%，材料利用率提升2.77%。

圖2 改善前為閉口拉伸成形工藝

圖3 改善方案-減小上部壓邊量改成開口拉伸

3.2 對帶法蘭面的U型件的材料利用率提升

以某款商務車中段縱梁為例，都是帶法蘭面的U型件結構，都是5工序：OP10落料+OP20拉伸（見圖4）+OP30修邊（見圖5）+OP4側整形+OP50沖孔側沖孔。由于沖壓件有側整工序，材料成本存在優化的機會，可以結合OP10拉伸成形的回彈量、OP20修邊工序的修邊量以及OP30側整量來對來料尺寸進行優化。通過工藝驗證，來料尺寸可由之前的465×1,530mm優化至450×1,530mm，材料利用率由之前的69.9%提升至72.2%，材料利用率提升2.3%。因此，針對此種類型的U型件，本身工藝在前期開發時就可以考慮此方案來提升材料利用率。

圖4 FV406-OP20拉伸成形工序

圖5 FV406-OP30修邊工序

3.3 沖裁廢料再利用

廢料再利用即把本來沖壓當做廢料的部分，通過重新收集起來經過簡單的剪切加工就可以作為另外一個件的原材料來進行使用，尤其對于那些相對較大的廢料，利用價值更高。隨著新車型不斷增多會開發很多新的沖壓件，可以根據廢料的尺寸大小、材料牌號、材料厚度來對材料定額進行篩查以確認廢料是否可以再利用。排查過程中發現某皮卡縱梁外板中段（材料牌號B420L，料厚t=2.5），OP10落料沖孔：為1落3，最后1塊整體廢料是一塊很大的廢料，廢料最大長寬尺寸為980×218mm，經過二次剪切加工，可以作為FT555/6第八橫梁下部左右加強板的原材料使用（來料毛坯尺寸為760×215mm），如圖6所示，單臺可節約原材料定額1.28kg。類似于這種大的廢料首先考慮是否能回收利用以提高材料利用率。

圖6 縱梁落料沖裁廢料再利用

3.4 根據裝配關系進行來料尺寸優化

以某皮卡車型縱梁內板中段為例，縱梁內板中段與縱梁內板前段搭接位置為滿焊，如圖7所示，焊接裝配公差要求不是很高，公差要求為±1mm，在滿足縱梁總成焊接需求的情況下，將現有此位置的封閉式落料改成不沖裁的開放式定位落料（見圖8）也能充分滿足裝配公差等級要求。原來料長度尺寸為1,930mm，優化后的來料長度尺寸為 1,915mm，材料利用率由之前的75.38%提升至75.97%，材料利用率提升0.59%。同理對T601/2/3/4/5/6/7/8縱梁內外板中段進行了更改，改善前后材料利用率提升，如表1所示。

表1 改善前后材料利用率提升

圖7 縱梁內板前段/后段裝配圖

圖8 縱梁端頭不修的落料方式

3.5 落料改為開卷落料

對于落料形狀不是很規則的制件，將單個落料改為開卷落料可以大大提升材料利用率，以某商務車型擺臂為例，如圖9所示，原設計是單獨的落料模，排樣方式為1落2，來料尺寸為：650×550×4mm，如圖10所示，材料利用率為57%。通過改成開卷落料（見圖11），尺寸優化為640×C×4mm，材料利用率由之前的57%提升至66.6%，材料利用率提升9.6%。

圖9 某商務車擺臂

圖10 擺臂一落二排樣落料

圖11 將原有的落料改為開卷落料

4 結束語

在汽車市場競爭日趨激烈的背景下，如何降低公司運營成本是提升車企市場競爭力的關鍵，正是在這種大形式、大環境下，各大車企都在大力實施降本策略。對于沖壓件成本占整車成本20%以上的沖壓廠來說也承擔著更大的降本比例，同時沖壓件成本中原材料成本就占到60%～70%，更需要不斷突破、創新思路、深入挖掘出更多的降本提案來提高原材料利用率以降低生產成本。