車身沖壓件材料利用率提高方案

華晨汽車工程研究院 （遼寧沈陽 110141） 馬占軍

汽車制造過程中的成本控制對企業經濟效益的最終狀況有著重要影響，隨著鋼材價格不斷上漲，以及汽車市場銷量放緩，汽車行業整體都面臨著成本降低的壓力，車身沖壓件的生產過程中，沖壓鋼板坯料的費用占整個生產成本70%～80%，所以提高材料的利用率，是降低車身成本的關鍵所在。

1. 車身設計階段

在車身產品設計中要充分考慮材料利用率問題。車身設計首次給出的制件，更多關心的是車身功能實現，在材料利用方面考慮不夠充分。對于“回”形、“之”形、“L”形、“T”形制件，在進行沖壓同步工程分析的時候要格外注意，發現廢料產生較多的制件及時反饋，與車身設計人員共同考慮修改制件形狀，如圖1所示，將一件較大的“T”形制件分離成兩個制件，盡可能避免大量結構廢料的產生。

圖1 “T”形制件分離為兩個制件

盡可能使用成形工藝。由于拉深工藝需要壓料，還需要制作工藝補充部分，所以材料利用率較低。在制件表面要求質量不高、成形深度淺、不影響制件精度要求的情況下，多使用成形工藝，減少拉深工藝的使用。成形工藝直接落料，還可以增加排樣工藝的使用，進一步節約材料。在進行同步工程分析的時候，同樣要盡可能減少制件形狀的復雜程度與深度，減少拉深工藝的使用。

2. 模具工藝排布

車身制件中大多數件為對稱件，如圖2所示，將對稱件或形狀互補的件合并到一起，或采用一模多件，可減少拉深補充及壓料面的使用，能提高材料利用率3%～8%。

圖2 兩個前地板合并到一套模具

排布模具工藝時，綜合考慮模具成本與材料利用率之間的關系，如果生產批量很大，那么節約材料省下的成本，可能要高于模具成本。這時就可以考慮通過使用較復雜的模具結構，減少廢料裁剪，提高材料利用率。

利用CAE分析工具，加大拉深筋強度、壓邊力，盡可能減小拉深模具的工藝補充面。采用側修邊，將拉深分模線內移，可以減少拉深補充的使用。對于表面質量要求不高的一些內板件，可以采用拉深檻，甚至將產品法蘭面作為壓料面的一部分布置在壓邊圈上，節約拉深坯料。兩端敞開的制件可以考慮使用開口拉深，經過調試后可節約制件兩端的補充材料。

3. 坯料剪裁

尺寸較小，在壓力機上使用連續窄鋼帶為制件坯料的沖壓件，一般需要考慮制件排樣。合理的排樣，如雙排甚至三排排樣，可減少工藝廢料產生，盡量減少搭邊尺寸，最終經過面積計算得出最佳的排樣方案。

尺寸較大的沖壓件，難以直接使用連續鋼帶作為制件坯料，需要使用開卷線落料將購來的鋼卷裁開，裁成滿足沖壓成形尺寸和形狀的制件坯料。在開卷線上裁開的坯料，同樣需要考慮排樣方法，如圖3所示，盡可能減少坯料的浪費。形狀比較規則的制件，可以將制件剪成所需形狀。形狀比較復雜的，可以使用落料模具。

圖3 排樣落料

由于不同寬度的鋼卷價格不同，對于鋼卷的選擇，盡可能選擇價格較低的卷寬。鋼卷寬度尺寸可以考慮選擇與制件坯料相同的尺寸，取消開卷之后再次剪切，減少工時，降低成本。材料厚度同樣要考慮使用市場上使用率較高的鋼板厚度，減少采購難度。

4. 廢料利用

側圍、天窗加強板、頂蓋等制件都可能會產生大片廢料，合理利用這些廢料，回收再利用到其他制件的生產上，可以大幅節約成本。對于梯形料可以采用切角拉深，提前留下角部廢料。對于沖壓工序內部產生的廢料，更改廢料刀的位置和長度，增加壓料芯，取消頂料銷，減小廢料的變形，將小廢料變成較大的廢料加以回收利用，避免制造專用的落料模具。小件在滿足產品性能的前提下，也要盡可能使用與大件相同的材料，便于利用大件的廢料來生產。甚至可以使用套模技術，在大件模具的大片廢料位置直接布置一個小件，不僅可以提高材料利用率，還可以節約一套模具的開發費用。

5. 新工藝的應用

新工藝包括在車身開發中使用激光拼焊板、柔性變截面輥軋板，封閉截面制件采用管件液壓成形工藝。

激光拼焊板是將不同表面處理、不同鋼種、不同厚度的多塊鋼板通過激光焊接拼接形成的毛坯板材。與傳統點焊工藝比，激光拼焊板可減少制件數量，減輕制件重量，提高車身的耐蝕性，在保證車身強度的前提下，提高材料利用率?，F在激光拼焊技術在車身設計、成形分析、模具加工制造、板材供應生產等方面已經成熟，在汽車生產廠商中已經得到了廣泛應用。

柔性變截面輥軋板，即在軋制過程中，實時控制軋輥間距，得到沿軋制方向板材預先定制的變厚度形狀鋼板。變截面軋板表面沒有焊縫連接，表面質量好，可以應用于車身外板。通過提高板材的強度，減少車身制件數量，從而提高材料利用率。目前，變截面軋板已經應用于奔馳E級車身，在梁的設計中可以減重20%～30%。

管件液壓成形技術是通過模具管腔內施加液體壓力和軸向負荷，令管形坯料發生塑性變形，從而得到所需形狀的制件成形技術。在車身設計中應用液壓成形技術，可以減少制件的數量，減少搭接邊帶來的額外重量和焊接量，梁類制件可減重15%～25%，空心軸類制件可減重20%～50%，同時提高封閉截面制件的強度和剛度。液壓成形所需的模具數量少，可降低模具費用。由于補充型面的面積遠小于冷沖壓制件，液壓成形制件的材料利用率高達90%以上。

6. 結語

綜上所述，提升車身材料利用率的方案主要包括車身設計、模具工藝排布兩個階段。在車身設計時就考慮優化材料利用率效果最明顯。對于內板制件來說，材料利用率的提升空間更大，外板制件必須優先保證產品質量，其次考慮材料利用率。在模具調試生產階段同樣要考慮材料使用的優化。只有在車身生產的全生命周期里充分考慮成本的優化，將節約省材的意識始終貫徹，才能最終達到提高材料利用率的目的。