華晨汽車工程研究院 （遼寧沈陽(yáng) 110141） 馬占軍

汽車制造過(guò)程中的成本控制對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最終狀況有著重要影響，隨著鋼材價(jià)格不斷上漲，以及汽車市場(chǎng)銷量放緩，汽車行業(yè)整體都面臨著成本降低的壓力，車身沖壓件的生產(chǎn)過(guò)程中，沖壓鋼板坯料的費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)成本70%～80%，所以提高材料的利用率，是降低車身成本的關(guān)鍵所在。

1. 車身設(shè)計(jì)階段

在車身產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要充分考慮材料利用率問(wèn)題。車身設(shè)計(jì)首次給出的制件，更多關(guān)心的是車身功能實(shí)現(xiàn)，在材料利用方面考慮不夠充分。對(duì)于“回”形、“之”形、“L”形、“T”形制件，在進(jìn)行沖壓同步工程分析的時(shí)候要格外注意，發(fā)現(xiàn)廢料產(chǎn)生較多的制件及時(shí)反饋，與車身設(shè)計(jì)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(gè)制件，盡可能避免大量結(jié)構(gòu)廢料的產(chǎn)生。

圖1 “T”形制件分離為兩個(gè)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(bǔ)充部分，所以材料利用率較低。在制件表面要求質(zhì)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(jìn)一步節(jié)約材料。在進(jìn)行同步工程分析的時(shí)候，同樣要盡可能減少制件形狀的復(fù)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(shù)件為對(duì)稱件，如圖2所示，將對(duì)稱件或形狀互補(bǔ)的件合并到一起，或采用一模多件，可減少拉深補(bǔ)充及壓料面的使用，能提高材料利用率3%～8%。

圖2 兩個(gè)前地板合并到一套模具

排布模具工藝時(shí)，綜合考慮模具成本與材料利用率之間的關(guān)系，如果生產(chǎn)批量很大，那么節(jié)約材料省下的成本，可能要高于模具成本。這時(shí)就可以考慮通過(guò)使用較復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)，減少?gòu)U料裁剪，提高材料利用率。

利用CAE分析工具，加大拉深筋強(qiáng)度、壓邊力，盡可能減小拉深模具的工藝補(bǔ)充面。采用側(cè)修邊，將拉深分模線內(nèi)移，可以減少拉深補(bǔ)充的使用。對(duì)于表面質(zhì)量要求不高的一些內(nèi)板件，可以采用拉深檻，甚至將產(chǎn)品法蘭面作為壓料面的一部分布置在壓邊圈上，節(jié)約拉深坯料。兩端敞開的制件可以考慮使用開口拉深，經(jīng)過(guò)調(diào)試后可節(jié)約制件兩端的補(bǔ)充材料。

3. 坯料剪裁

尺寸較小，在壓力機(jī)上使用連續(xù)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(chǎn)生，盡量減少搭邊尺寸，最終經(jīng)過(guò)面積計(jì)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(xù)鋼帶作為制件坯料，需要使用開卷線落料將購(gòu)來(lái)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(fèi)。形狀比較規(guī)則的制件，可以將制件剪成所需形狀。形狀比較復(fù)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(jià)格不同，對(duì)于鋼卷的選擇，盡可能選擇價(jià)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(shí)，降低成本。材料厚度同樣要考慮使用市場(chǎng)上使用率較高的鋼板厚度，減少采購(gòu)難度。

4. 廢料利用

側(cè)圍、天窗加強(qiáng)板、頂蓋等制件都可能會(huì)產(chǎn)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(chǎn)上，可以大幅節(jié)約成本。對(duì)于梯形料可以采用切角拉深，提前留下角部廢料。對(duì)于沖壓工序內(nèi)部產(chǎn)生的廢料，更改廢料刀的位置和長(zhǎng)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(chǎn)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(lái)生產(chǎn)。甚至可以使用套模技術(shù)，在大件模具的大片廢料位置直接布置一個(gè)小件，不僅可以提高材料利用率，還可以節(jié)約一套模具的開發(fā)費(fèi)用。

5. 新工藝的應(yīng)用

新工藝包括在車身開發(fā)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(guò)激光焊接拼接形成的毛坯板材。與傳統(tǒng)點(diǎn)焊工藝比，激光拼焊板可減少制件數(shù)量，減輕制件重量，提高車身的耐蝕性，在保證車身強(qiáng)度的前提下，提高材料利用率?，F(xiàn)在激光拼焊技術(shù)在車身設(shè)計(jì)、成形分析、模具加工制造、板材供應(yīng)生產(chǎn)等方面已經(jīng)成熟，在汽車生產(chǎn)廠商中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

柔性變截面輥軋板，即在軋制過(guò)程中，實(shí)時(shí)控制軋輥間距，得到沿軋制方向板材預(yù)先定制的變厚度形狀鋼板。變截面軋板表面沒(méi)有焊縫連接，表面質(zhì)量好，可以應(yīng)用于車身外板。通過(guò)提高板材的強(qiáng)度，減少車身制件數(shù)量，從而提高材料利用率。目前，變截面軋板已經(jīng)應(yīng)用于奔馳E級(jí)車身，在梁的設(shè)計(jì)中可以減重20%～30%。

管件液壓成形技術(shù)是通過(guò)模具管腔內(nèi)施加液體壓力和軸向負(fù)荷，令管形坯料發(fā)生塑性變形，從而得到所需形狀的制件成形技術(shù)。在車身設(shè)計(jì)中應(yīng)用液壓成形技術(shù)，可以減少制件的數(shù)量，減少搭接邊帶來(lái)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(shí)提高封閉截面制件的強(qiáng)度和剛度。液壓成形所需的模具數(shù)量少，可降低模具費(fèi)用。由于補(bǔ)充型面的面積遠(yuǎn)小于冷沖壓制件，液壓成形制件的材料利用率高達(dá)90%以上。

6. 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，提升車身材料利用率的方案主要包括車身設(shè)計(jì)、模具工藝排布兩個(gè)階段。在車身設(shè)計(jì)時(shí)就考慮優(yōu)化材料利用率效果最明顯。對(duì)于內(nèi)板制件來(lái)說(shuō)，材料利用率的提升空間更大，外板制件必須優(yōu)先保證產(chǎn)品質(zhì)量，其次考慮材料利用率。在模具調(diào)試生產(chǎn)階段同樣要考慮材料使用的優(yōu)化。只有在車身生產(chǎn)的全生命周期里充分考慮成本的優(yōu)化，將節(jié)約省材的意識(shí)始終貫徹，才能最終達(dá)到提高材料利用率的目的。