汽車頂蓋天窗廢料再利用研究

文/沈頊，李曉艷，魏文翔·奇瑞汽車股份有限公司

車身沖壓件材料利用率是各汽車主機廠重點關注的一個重要指標，它是決定整車制造成本最重要的因素。目前汽車有帶天窗和不帶天窗兩種配置，隨著人民生活水平越來越高，消費者對帶天窗配置汽車的需求也越來越多，為了迎合市場需求，頂蓋天窗材料利用率的提升對降低整車制造成本，提高產品競爭力至關重要。

以我公司某車型頂蓋天窗為例，目前材料利用率為47.45%，頂蓋天窗由四道工序沖壓成形，其中廢料在第二序和第三序被切斷成三塊小廢料排出，未進行回收利用。由于該廢料的尺寸較大，因此研究該廢料的再利用是提高頂蓋天窗材料利用率的關鍵途徑。

實施方案分析

整體方案分析

該車型天窗頂蓋為全景天窗，料厚為0.7mm，尺寸大小為1065mm×810mm，制件材質為B180H1。在原項目中天窗處廢料分切為三塊滑入廢料地坑未進行回收利用。此次實施的廢料收集方案是將天窗處廢料切成一整塊，通過機械手端拾器將廢料從模具中取出收集，收集后的廢料用于該車型外協件左右側圍外板后部連接板，左右側圍外板后部連接板拉延序坯料料厚為0.8mm，尺寸為1070mm×800mm，制件材質為DC04，選擇此件進行廢料利用材料利用率相對較高。由于頂蓋制件料厚及材質都與外協件不同，因此需要對外協件材質和料厚進行變更，經過產品部門對設變后的外協件進行CAE仿真分析，滿足車身的強度需求，這為后續的工作展開奠定了基礎，整體實施方案如圖1所示。

模具結構整改分析

圖2為第二序模具結構圖，原先是在該序先將廢料切斷成三塊，兩邊的兩塊廢料在該序切斷排出，中間的廢料在第三序切斷排出，最終將整塊廢料切成三塊排出。為了收集整塊廢料利用到外協件上，方案是將圖2中間符型區域結構去掉，直接在第二序將整塊廢料切斷再收集。涉及到模具其他結構修改細節這里就不在一一闡述。

廢料收集方案分析

頂蓋天窗整塊廢料隨制件由自動化吸盤從模具中取出，不從廢料滑道滑出。為了確保頂蓋天窗廢料能夠順利脫離刃口，必須保證沖孔后廢料與刃口保持一定的間隙。目前分析的方案是將天窗廢料周圈折成一定的角度以保證與下模刃口間的間隙。這樣上模沖孔刀塊就需要做成修翻一體鑲塊，為了保證修翻一體鑲塊強度，刃口厚度至少保證10mm（即廢料折邊距離）以上。

圖1 廢料再利用過程方案

圖2 模具結構整改

圖3以10mm折邊距離分析不同折邊角度對應的刃口間隙。折邊距離10mm邊長折成30°后，對應的刃口間隙約為1.34mm。折成60°后，對應的刃口間隙約為5mm。折邊角度過大的話，收集廢料時折邊部分很容易劃傷廢料，影響表面質量；角度過小的話，廢料可能因與刃口間隙過小導致與刃口難分離。經過綜合分析，最終選定折邊角度為25°，對應的刃口間隙為0.8mm。

圖3 廢料折邊角度分析

相關技術說明如圖4所示：

⑴折邊距離按10mm，折邊角度按25°；

⑵折邊后廢料與下模刃口間隙約0.8mm；

⑶理論修邊鑲塊吃入量3mm，防止現場吃入量不夠，在下模鑲塊底部設計5mm墊板，當后期吃入量不夠時，通過墊板來調整修邊鑲塊吃入量；

⑷上模修邊鑲塊端部需要保證1mm寬的平面，保證刃口強度；

⑸為了防止廢料隆起變形，上模修邊鑲塊考慮預留聚氨酯壓料。

圖4 折邊技術要求

外協件模具調試整改

由于需要將外協件的料厚和材質設變到與頂蓋天窗一致，因此需要將天窗廢料在外協件模具上進行調試，觀察制件質量狀態并整改模具，直到滿足制件質量要求。在調試過程中對壓機參數和模具參數進行了調整，可是制件仍有開裂和反彈的情況，但風險比理論分析小許多，現場調試制件如圖5所示。

圖5 外協件現場調試圖

在經過幾輪調試后，廠家制定了最終的模具整改方案：

⑴OP10補焊下凸模，加工上凹模；

⑵OP20加工下凸模，補焊上刀塊；

⑶OP30加工下刀塊避讓；

⑷OP40加工下刀塊，補焊上壓料芯；

⑸OP50加工做避讓。

投資及收益分析

現對頂蓋天窗廢料再利用到外協件的投資及收益進行分析：

⑴外協件左右側圍外板后部連接板原材料尺寸0.8mm×1070mm×800mm，質量5.376kg，鋼板單價5.0元/kg，原材料價格（單車外協件成本）=鋼板價格×原材料質量=5×5.376=26.88元。

⑵頂蓋天窗廢料尺寸0.7mm×1065mm×809mm，質量4.73kg，鋼板單價6元/kg，鋼板廢料單價1.378元/kg，廢料價格=廢料單價×廢料質量=1.378×4.73=6.52元。

⑶單車外協件成本:因頂蓋天窗廢料與外協件零件需求數量不一致，現階段需求比例大概為0.9∶1，廢料收集合格率為95%，合格廢料與外協件需求比例為0.9×95%：1≈0.85:1，因此單車外協件成本=廢料價格×0.85+頂蓋鋼板單價×廢料質量×0.15=6.52×0.85+6×4.73×0.15=9.80 元。

⑷利廢后原材料價格變化=26.88-9.80=17.08元，即價格降低17.08元。

⑸公司投入：頂蓋天窗模具一套84萬元，廢料傳送皮帶4萬元，總投入88萬元。

⑹外協廠家投入：工位器具34個，10.2萬元，外協件模具改造10萬，總投入20.2萬。

⑺投入與產出平衡點：平衡點=（88+20.2）/17.08=6.33萬臺，即當該車型產量達到6.33萬臺時，公司此時收回利廢投入總費用；此后，每生產一臺車可節約17.08元成本。

結束語

通過對我公司某車型頂蓋天窗廢料再利用方案研究實施，不僅可節省可觀的單件成本，更重要的是為沖壓件材料利用率提升提供了一種思路，即利廢（廢料再利用）。其實不止是頂蓋天窗，也有許多其他沖壓件可進行利廢研究。目前我公司正在對該車型所有自制件進行利廢排查，對尺寸符合的廢料再進行可行性分析，最后確定利廢方案。隨著現在車型更新換代越來越快，筆者建議汽車主機廠可以建立一個歷史車型利廢數據庫，對后續開發車型利廢研究有重要參考價值。