淺談汽車車身材料利用率提升方案應用

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、實現綠色制造意義重大。

但根據行業現狀，當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，從設計到制造進行全方位進行技術攻關，希望在保證整車產品性能的前提下通過提高材料利用率，來降低整車成本、提高產品競爭力,同時降低材料消耗、實現綠色制造。

常規來講，提高沖壓件材料利用率可以分為以下幾種情況：造型優化、結構優化、材料優化、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 造型優化來優化材料利用率

優化造型分塊，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 結構優化來優化材料利用率

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所示后門內板深度超過170mm，導致成型困難，材料消耗利用率低。后門里板門鎖區域拉延深度減少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 后門內板

3 工藝優化來優化材料利用率

3.1 開口零件結構成形工藝代替拉延工藝

在保證沖壓件質量的前提下，采用工藝補充面較少，產生廢料少的工藝，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設計過程中，為了保證沖壓件成型后質量要求，都會對模面進行多次優化，來使成品沖壓件做到最優。優化模面，其實是優化工藝補充面，在保證成品沖壓件質量的前提下，工藝補充面越小，產生廢料越少材料利用率越高。

如圖7后窗框內板，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計標準中間值調試設計最小臨界值，材料利用率可提升2.4%。

圖7 后窗框內板

3.3 提高材料利用率的工藝創新

如圖8所示某車型的大天窗加強框，中間廢料區域較大，如果采用方料直接進行下料生產，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 毛坯尺寸優化

沖壓件到了工藝驗證階段，模具調試穩定后需要對毛坯尺寸進行優化。如圖9所示為某車型側圍行李箱流水槽，工藝設計時料片尺寸1060mm×500mm，有回彈風險，為保證制件品質，此料片尺寸留有余量。工藝驗證階段，模具調試穩定后對料片進行優化，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 側圍行李箱流水槽

通過工藝優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化分模線、模具精剪代替常規精剪、優化排樣等，均可一定程度上達到提升材料利用率的目的。

4 廢料再利用來優化材料利用率

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

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

圖10 側圍外板

圖11 側圍外板門洞廢料

圖12 優化材料利用率

5 套件成型來優化材料利用率

套件成型即在大件的工藝補充部分嵌套小件，既節省了小件的原材料又節省了模具費用。以某車型的小天窗加強框為例，天窗加強框內部存在大片廢料區，故天窗框內部嵌入4個天窗加強板，并將材質、料厚改為與天窗框一致，節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成本。

基于成本及工藝最優化原則，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 結論

（1）降低了整車開發成本。以某車型為例，整車材料利用率提升1個百分點，節約板料重量約為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上提出，可實施性較小，貢獻度有限。

（3）產品設計、工藝設計階段技術手段，可實施性相對較大，貢獻度大。