林海鋒
(東南(福建)汽車工業(yè)有限公司,福建福州350119)
汽車市場競爭激烈異常,如何降低造車成本,做到價廉物美成為車企重點考慮的問題。汽車零件中有大量的沖壓鈑金零件,白車身重量400~500 kg,但其原材料的利用率僅為50%左右。因此,如何提升沖壓鈑金件材料利用率成為工程技術人員重點研究的方向,對車企降低造車成本有著重大意義。
本文主要根據沖壓零件的外觀形態(tài),利用材料裁切形式變更,達到提升材料利用率的效果。本文涉及的材料利用率計算方式為:零件重量/零件素材重量×100%。
引擎蓋內外板因受造型影響,前后端均為不同程度的弧形。其材質為DC04(或DC04+Z),板厚0.7 mm,產品重量為依原有成型方案,根據引擎蓋板件展開后的數據,結合CAE分析,得出其理論素材規(guī)格為:矩形材,1 830 mm×1 346 mm,如圖1所示。
圖1 引擎蓋示意圖
依矩形材進行工藝排布以及OP10成型型面設計。OP10采單動正向成型,拉延筋沿產品輪廓設置,因矩形料片于產品前后端存在大面積無用區(qū)域,為確保產品剛度,保證拉延到位,模具前后端設置向外開放式輔筋,具體如圖2所示。依此方案,實績成品確認成型OK,但筋外留料過多,浪費明顯,如圖3所示。
如此大面積的材料浪費明顯是不合理且可以改善的。翻閱鈑金成型歷史,便會發(fā)現,翼子板在早期時候亦是矩形材,后來依靠開卷落料過程中擺剪的形式裁切出梯形材,用于翼子板成型(圖4),大大提升了材料利用率。但必須確保擺剪角度在30°以內,方可實現梯形材裁切。
圖2 引擎蓋矩形材OP10模面設計
圖3 引擎蓋矩形材OP10成型實際狀況
圖4 翼子板梯形材擺剪示意圖
引擎蓋前后端產品弧度均在R2 000以內,其中前端產品弧度約R1 111,后端產品弧度約R1 739。經CAE分析確認,結合鋼材廠能制作出的弧形刀,并考慮到安全性,弧形材料弧度不可急劇,若弧度太小,素材后端過于尖銳,存在刺破身體,造成人身傷害的安全隱患。結合以上條件,并經過多輪CAE分析嘗試,驗證得出R2 000弧形材料用于引擎蓋內外板成型最為合適。為確保素材流料穩(wěn)定性,OP10型面對應弧形部分弧度需大于R2 000設計(圖5)。
2.2.1 成型性
材質為DC04(或DC04+Z),板厚0.7 mm,依CAE分析,得出其理論素材規(guī)格為:弧形材,1 830 mm×1 219 mm(R2 000);成型力:500 t,壓邊力:125 t;筋類型、分布:實體筋、單筋環(huán)繞。CAE分析狀況如圖6所示,CAE分析判定弧形材成型滿足設計需求。
圖5 產品弧度
圖6 型面設計與成型分析
2.2.2 剛性
圖7 斷面示意圖
2.3.1 材料對比
以本案零件為分析對象,分別采用矩形材與弧形材,素材形態(tài)差異如圖8所示,可見矩形材相較長了127 mm。
圖8 材料差異
2.3.2 材料利用率比較
同一零件,零件重量8.12 kg,采用矩形材,理論規(guī)格尺寸:1 830 mm×1 346 mm,實際尺寸:1 830 mm×1 345 mm;采用弧形材,理論規(guī)格尺寸:1830mm×1219mm,實際尺寸:1830mm×1 220 mm。不同規(guī)格材料利用率比較如表1所示。
表1 材料利用率比較
材料重量計算公式:
長(mm)×寬(mm)×板厚(mm)×密度(0.000 007 85)=重量(kg)
矩形材素材重量=1 830×1 345×0.7×0.000 007 85≈13.53 kg,材料利用率:8.12÷13.53≈60.01%;
弧形材素材重量=1 830×1 220×0.7×0.000 007 85≈12.27 kg,材料利用率:8.12÷12.27≈66.18%。
采用弧形材成型,材料重量減少了13.53-12.27=1.26 kg,材料利用率由原先的60.01%提升至66.18%,提升6.17個百分點,按裸板6 800元/t(6.8元/kg)計算,材料成本節(jié)省約1.26×6.8=8.57元/臺。
以上計算僅為引擎蓋外板,若算上引擎蓋內板,每臺車的效益將達到約17元。以每年30萬產能算,弧形材料應用每年可為企業(yè)節(jié)省生產成本500萬元以上。
綜上所述,實現降低汽車外覆蓋件成本的目的,不僅需要從產品設計到模具開發(fā)各個階段的努力,還需要引入各種降本方法,不能局限于固有思維,而需要突破定性,向更多方向深耕。在當今競爭日趨白熱化的汽車市場,汽車成本不斷下探,深入研究降低汽車制造成本的方式方法,必將在汽車企業(yè)的生存和發(fā)展道路上發(fā)揮越來越重要的作用。