文/付再興·奇瑞汽車股份有限公司規(guī)劃設(shè)計(jì)一院

汽車模具工藝中如何有效提高材料利用率

文/付再興·奇瑞汽車股份有限公司規(guī)劃設(shè)計(jì)一院

在整個(gè)汽車開發(fā)過程中，沖壓成本幾乎占到60%。目前，影響沖壓成本的各要素中板材費(fèi)用占62%，在實(shí)際生產(chǎn)過程中主要可以從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝研討、工藝設(shè)定、調(diào)試生產(chǎn)、板料采購等方面提升材料利用率，以便最大程度的降低成本。

隨著汽車市場競爭的日益激烈，汽車價(jià)格將很大程度的影響著消費(fèi)者的選擇。如何在保證質(zhì)量的情況下，降低汽車的開發(fā)成本，提供更有競爭力的產(chǎn)品，是一個(gè)汽車企業(yè)必須重點(diǎn)解決的課題。事實(shí)上，材料利用率一直以來都是各個(gè)汽車廠比較敏感的一根神經(jīng)，因?yàn)樗鼘?duì)汽車成本影響很大。尤其是近年來，鐵礦石價(jià)格的不斷上漲對(duì)汽車車身的開發(fā)成本影響巨大。

此外，近年來消費(fèi)者對(duì)車型新奇樣式的追求，也降低了材料利用率。大量資料表明，汽車車身的分塊結(jié)構(gòu)對(duì)材料利用率的影響巨大，在造型階段就需要對(duì)材料利用率進(jìn)行重點(diǎn)考慮。如在SE階段可以通過工藝優(yōu)化的手段提升材料利用率，并在工藝設(shè)計(jì)、調(diào)試生產(chǎn)階段對(duì)材料利用率進(jìn)一步提升。整車材料利用率每提升1%，整車的材料工藝消耗將減少約5kg，單車成本將節(jié)約35元。由此可見，材料利用率對(duì)車身成本的影響是巨大的。目前日韓汽車企業(yè)在材料利用率方面明顯優(yōu)于國內(nèi)汽車

企業(yè)，這在汽車成本方面是明顯的競爭優(yōu)勢。計(jì)算汽車車身20個(gè)大件的材料利用率，預(yù)計(jì)豐田是63%，現(xiàn)代是60%，而國內(nèi)絕大部分企業(yè)是55%左右。本文主要從設(shè)計(jì)SE階段、工藝規(guī)劃階段介紹如何采用相應(yīng)措施來提升材料利用率，并對(duì)各個(gè)階段的控制手段進(jìn)行相關(guān)介紹。

材料利用率的定義

材料利用率是指為了生產(chǎn)產(chǎn)品而投入的板材與實(shí)際產(chǎn)品重量之比，即材料利用率＝A/ B×100%，其中A是實(shí)際產(chǎn)品重量，B是投入板材的重量而不是落料后的板料重量。

影響材料利用率高低的因素較多，主要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、沖壓設(shè)備等方面考慮。同時(shí)也可以在SE階段、工藝規(guī)劃階段采用不同的措施來控制。調(diào)試階段以及生產(chǎn)階段，可以通過適當(dāng)減少板料尺寸來局部優(yōu)化板料規(guī)格，但材料利用率提升的幅度不大，本文不作為重點(diǎn)介紹。

材料利用率提升方案

SE階段變更產(chǎn)品形狀

⑴分割部分產(chǎn)品，如圖1所示。

圖1 分割部分產(chǎn)品

⑵避免出現(xiàn)產(chǎn)品局部地方突出，見圖2。

圖2 避免出現(xiàn)產(chǎn)品局部地方突出

工藝規(guī)劃階段的相關(guān)措施

⑴重點(diǎn)管理影響板料大小的決定性部位，見圖3。

⑵左右及相似產(chǎn)品的合并，見圖4。通過幾個(gè)典型制件，進(jìn)行合理的合并，并對(duì)比材料利用率之間的差異情況。如圖5所示，左右B柱上內(nèi)板，原工藝方案材料利用率為41.5%，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合理合并后材料利用率為56%；如圖6所示，左右B柱下內(nèi)板，原工藝方案材料利用率為35%，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合理合并后材料利用率為46%。

⑶成形工藝的考慮。不同的工藝方案材料利用率的對(duì)比見圖7，方案一的材料利用率為26.6%，方案2的材料利用率為45.4%。需要注意的是，在將拉延工藝更改為成形工藝時(shí)，需要綜合考慮材質(zhì)、料厚、制件形狀等多方面的因素，不能采用只為了提高材料利用率而降低了產(chǎn)品質(zhì)量的成形方式。

圖3 影響板料大小的決定性部位

圖4 左右及相似產(chǎn)品的合并

圖5 左右B柱上內(nèi)板材料利用率對(duì)比

圖6 左右B柱下內(nèi)板材料利用率對(duì)比

⑷開口拉延工藝的考慮。如圖8所示，后地板本體半開口拉延的材料利用率為77.3%，全開口拉延的材料利用率為82.6%。

采用追加上模壓料芯的拉延工藝方案，可有效提升產(chǎn)品質(zhì)量和材料利用率。此種工藝思路可以向中地板等斷面落差大的制件進(jìn)行拓展。制件在拉延過程中會(huì)出現(xiàn)疊料、模具調(diào)試?yán)щy等問題，且嚴(yán)重影響模具的使用壽命。以往工藝思路是：通過加大工藝補(bǔ)充面、改變壓料面形狀或者增加余肉等，來解決拉延成形時(shí)斷面落差大、成形起皺或疊料問題。模具結(jié)構(gòu)雖然簡單，但成形過程中端頭部位首先就彎曲板料，使得拉延開始就出現(xiàn)了起皺，此種起皺無法在成形到底后消除。并且，由于增加余肉或者加大工藝補(bǔ)充面，板料會(huì)同時(shí)增大，對(duì)材料利用率影響就較大。為此，可以采用在凹模里面增加壓料芯的方法，同時(shí)在凸模上增加凸緣，此時(shí)板料成形時(shí)沒有出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，對(duì)板料成形很有利，具體情況見圖9。

圖7 不同工藝方案下材料利用率對(duì)比

圖8 后地板本體材料利用率對(duì)比

圖9 中地板等斷面落差大的制件

通過改進(jìn)后的工藝思路，可以合理的控制板料流動(dòng)方向和速度，使其板料流動(dòng)均勻化，有效解決起皺問題并提升材料利用率。模具工藝結(jié)構(gòu)，需要包括凸模、凹模、壓邊圈、壓料芯、氮?dú)鈴椈桑纫酝に囁悸吩黾拥氖菈毫闲竞偷獨(dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu)。新的工藝方案為以后地板類零件的開發(fā)提供了新思路，也同時(shí)為其他類似零件的開口拉延找到了新思路，材料利用率提升了3%左右。

⑸板料的再利用，具體方式見圖10。

圖10 板料的再利用

⑹降低成形深度以提升材料利用率。同樣一個(gè)門內(nèi)板，不同的拉延深度，材料利用率也相差較大，圖11a的材料利用率為46.1%，圖11b的材料利用率為49.8%。

圖 11 不同的拉延深度的材料利用率對(duì)比

⑺落料排樣。不同的工藝造型，需要考慮不同的落料片。而不同的落料片，可以排出不同排樣圖，材料利用率也會(huì)相差較大，如左右輪罩外板，采用圖12a所示的方案一，材料利用率為52%，采用圖12b所示的方案二，材料利用率為57.5%。由于各車型的發(fā)蓋內(nèi)外板外形基本相近，可以通過開發(fā)弧形刀來實(shí)現(xiàn)不同的落料片形狀，既能提升材料利用率，也能降低模具開發(fā)成本。

⑻合理采購卷料。若采購的卷料尺寸規(guī)格不合適，也會(huì)產(chǎn)生較大的浪費(fèi)。

結(jié)束語

在當(dāng)今原材料價(jià)格不斷上漲的情況下，如何有效地提升材料利用率以降低成本，是每個(gè)汽車廠重點(diǎn)研究的課題。為了最大限度的提升材料利用率，可以通過在SE階段優(yōu)化產(chǎn)品造型和數(shù)據(jù)，工藝規(guī)劃階段合理安排工藝等措施來提升。需要工程師根據(jù)制件的形狀采用最合理的措施，需要工程技術(shù)人員綜合參考各項(xiàng)因素。