淺談一汽奔騰降低沖壓件成本的工作方法

文/陳萍·一汽奔騰事業(yè)本部

汽車白車身主要是由金屬沖壓件組成，單個沖壓件的成本降低了，整個白車身的成本就能降低。沖壓件的成本是由金屬材料費和加工費構成，所以提高沖壓件的材料利用率，降低沖壓件的消耗定額，在保證質量和性能的前提下選用價格較低的鋼板，通過材料性能優(yōu)化、產品設計優(yōu)化、工藝設計優(yōu)化來有效降低沖壓成本。

材料性能優(yōu)化

材料等級降低

同一鋼種在抗拉強度和屈服強度相同的情況下，沖壓性能高的材料比沖壓性能低的材料價格高。產品設計選材時根據(jù)實際的模具調試情況和板材的適應性，可以適當?shù)慕档筒牧吓铺枺x取低性能材料，達到降低成本的目的。

通過查圖紙和工藝文件，發(fā)現(xiàn)某零件形狀較為簡單，深度較淺，采用沖壓性能較低的ST14材料做分析模擬沒有開裂。然后在現(xiàn)場做進一步驗證，用低性能試驗材料試沖，通過簡單調整模具，試沖時零件無開裂，試沖合格。后期經過大批量驗證，生產過程穩(wěn)定，可以更換材料。通過這次試驗，我們把所有車型使用高沖壓性能的零件篩選一遍，分析降低材料性能的可能性，最終有20個零件試沖成功。此項工作對后續(xù)新車型的開發(fā)有重大意義，在產品設計及生準階段材料轉化時，某些拉延深度淺的、可用壓彎成形工藝生產的零件，就可以根據(jù)經驗直接使用低性能等級的材料。

鍍鋅板轉冷軋板

同一鋼種在抗拉強度和屈服強度相同的情況下，鍍鋅的材料比不鍍鋅的材料價格高。某些對防腐要求不高的零件，可以采用價格低的冷軋板。同時通過改進涂裝工藝，某些對防腐有要求的零件，也可以采用價格低的冷軋板。

某門鎖加強板，原來使用鍍鋅鋼板，通過與產品設計者溝通交流，認為此處對防腐性能要求不高，可以使用涂裝工藝代替鍍鋅層的防腐。同時規(guī)定底盤處接近地面的部分，在車輛行駛時易與路面積水接觸，為重點防腐區(qū)域。我們把自主車型車門總成、發(fā)動機蓋總成、側圍總成、行李廂蓋總成內的所有鍍鋅材料零件，全部轉化為冷軋板，大幅度降低了車身成本。在未來新車型的產品設計階段，對這些區(qū)域的零件直接采用冷軋板，能有效降低車身成本。

新材料應用

寶鋼近年通過了解車企的需求和成本壓力，不斷技術創(chuàng)新，研發(fā)了一種GI無機膜材料，該材料是鍍鋅板，通過在較低性能的基板上加鍍一層無機膜，增加了材料表面的潤滑性，在沖壓過程中，能代替性能較高的材料。該鋼種的價格比高性能ST07Z材料每噸便宜500元。通過這種材料的試沖，驗證其性能完全滿足沖壓要求，試裝結果符合裝車要求。零件尺寸檢測和焊裝全破壞結果完全合格，得出該新材料能完全替代ST07Z的結論。

材料規(guī)格合并

材料選取優(yōu)化，主要是牌號歸并和鍍層選取。同一種材料不同卷寬之間有價格差，其中1200～1499mm范圍卷寬是價格最優(yōu)卷寬，小于1200mm、大于1499mm卷寬與該范圍都有價格差，一般每噸差價見表1。

由于以往不同卷寬價格差別不明確，選擇沖壓件材料卷寬時主要從排樣工藝和降低消耗定額角度出發(fā)，沒有充分考慮卷寬價格因素。在與鋼廠探討后，將原來不在優(yōu)化寬度范圍內的零件材料卷寬，通過以下方法進行了卷寬優(yōu)化：改變剪切次數(shù)，900mm÷3改為1200mm÷4，每噸降低240元；顛倒料片尺寸，800mm×1200mm改為1200mm×800mm，每噸降低240元；調整卷寬尺寸，1500mm改為1499mm，每噸降低250元。

材料厚度控制

鋼卷厚度在上差或下差都是合格的，都符合使用要求，并且能沖壓出合格制件。但是對于使用者來說，假如鋼卷在軋制過程中通過特殊控制，使厚度始終處于下偏差，則相同重量的鋼卷就能生產出更多數(shù)量的料片，從而能生產出更多的制件，使單件的消耗定額減少，提高了鋼卷的材料利用率，減少了廢料重量。

產品設計優(yōu)化

平臺化設計

設計決定質量和成本，設計人員的成本意識很重要，設計決定車身的大部分成本，因此好的設計至關重要。沖壓件的成本中包含投入的模具、檢具、夾具等工裝費用，因此在車型設計過程中，如果能采用模塊化設計理念，提高零件的通用性，盡量在同一平臺下設計新的車型，多個車型使用相同的零件，這樣工裝成本能分散到各個車型的每一個零件。減少對模具、檢具、夾具、工位器具等的投資，從而減少單個零件的成本。

表1 卷寬價格差異

表2 零件形狀優(yōu)化設計的案例

我公司目前有三個車型平臺，M1、M2、M3系列，在這三個平臺下又開發(fā)出多款新車型，這樣每個平臺同時供多個車型使用，平臺零件需要的數(shù)量多，有利于生產組織和降低采購成本，在極大提高了生產效率的同時，又降低了車型成本。

零件形狀優(yōu)化設計

在產品設計中，還要優(yōu)化零件形狀，盡量避免零件形狀有大的突變，避免零件有突出的部位，避免零件高低差太大，以此提高零件材料利用率。表2為零件形狀優(yōu)化設計的案例。

沖壓工藝優(yōu)化

優(yōu)化坯料形狀

工藝設計中相似零件通過優(yōu)化坯料形狀，使用弧形刀，調整弧形刀的步距，可以滿足多個產品毛坯料的要求。弧形刀開卷通過調整步距，可以滿足多個車型發(fā)罩外板和發(fā)罩內板坯料的要求。這樣就實現(xiàn)了工裝通用，降低了工裝投入成本。

余廢料利用

每個車型側圍都有兩個門洞，該處的廢料過去在開卷落料過程中都是直接滑入廢料坑，作為廢料處理。現(xiàn)在隨著生產和技術的進步，在車型生產準備階段就開始制定余廢料利用方案，通過模擬分析，合并材料牌號和料厚，使大塊廢料都得到充分利用。

圖1為我公司某個新車型側圍余廢料的利用方案，門洞和卷寬兩邊產生的大塊廢料都找到了目標零件。共有7個零件可以用廢料生產，直接減少材料消耗約5kg，降成本35元/輛份，效益可觀。

圖1 某個新車型側圍余廢料的利用方案

圖2 拉延工藝和成形工藝對比圖

需要強調的是余廢料利用的方案必須在開卷落料模具設計之前就規(guī)劃好，這樣在模具結構設計時可以考慮廢料流出狀態(tài)及廢料刀位置，避免出現(xiàn)把有用的廢料切碎或者有用的廢料受模具結構限制無法排出壓機外的情況。

成形工藝優(yōu)化

為保證沖壓件質量穩(wěn)定，減少回彈等缺陷，很多零件在工藝設計時首選拉延工藝。但是通過分析和試驗，某些形狀較淺的零件，即使有材料變形，也可以通過成形工藝生產，這樣就減少了工藝補充的廢料；第二種情況是某些零件在拉延深度較深的部位，可以嘗試使用開口拉延方式，在保證修邊量的前提下把工藝補充處打開，這樣能減少工藝補充處的材料使用；第三種情況，如果零件較大，形狀局部有變形，其他部位較為平緩，則可以考慮把拉延分模線設置在零件內，以零件平緩的位置作為拉延壓料面，把凸起部位作為拉延凸模。圖2為左右邊板從拉延工藝改為成形工藝，材料利用率從45%提升到78%。

套沖和一模多件工藝

某些零件由于產品形狀決定必須產生大塊廢料，比如門內板中間裝玻璃升降器的部位，后備門內板裝風窗玻璃的部位，這些部位在原來的工藝中是拉延完畢后直接切除，作為廢料滑落到廢料坑內，材料利用率低。為了解決這一問題，可在前期工藝評審時，有目標的選擇合適零件，主要從零件形狀和大小考慮，將目標零件嵌入到廢料部位，使目標零件作為拉延的形狀，在拉延序時一同做出，后續(xù)通過修邊分離等工序將零件切割出來，這樣就有效的使用了廢料面積，同時提高了生產效率，如圖3所示。一模多件能共用工藝補充處，有效減少單個零件工藝補充部分的大小。

圖3 套沖和一模多件工藝

結束語

本文總結了我公司沖壓領域降成本工作的一些基本方法和思路，通過這些能有效降低材料消耗和沖壓件成本，對社會發(fā)展和環(huán)境保護意義重大。筆者拋磚引玉，希望能引發(fā)沖壓方面專家更深入的思考。