文/李奔全，李鑒光，唐高中·上汽通用五菱汽車股份有限公司

本文主要從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝優(yōu)化兩個(gè)角度，講述在SE 階段白車身沖壓件材料利用率提升的方法，以具體案例說(shuō)明并歸納總結(jié)，為新項(xiàng)目白車身材料利用率的提升提供參考，對(duì)白車身開(kāi)發(fā)降本具有非常重要的指導(dǎo)意義。

面對(duì)乘用車市場(chǎng)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)和對(duì)乘用車越來(lái)越高的品質(zhì)要求，降本增效成為各主機(jī)廠在整車開(kāi)發(fā)中的重要工作內(nèi)容，追求低成本高價(jià)值的輸出更能為產(chǎn)品注入強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)乘用車而言，白車身是組成整車的重要部分，在整車成本中占比15%～20%，而白車身總重量中沖壓件重量占比達(dá)到95%以上，可見(jiàn)降低白車身沖壓件開(kāi)發(fā)成本對(duì)降低整車開(kāi)發(fā)成本意義重大。

通過(guò)圖1 所示統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在沖壓件成本的各要素中，生產(chǎn)原材料成本占比最大，約占70%。因此，提高生產(chǎn)原材料利用率是降低白車身沖壓件開(kāi)發(fā)成本的一個(gè)重要途徑。

圖1 沖壓件成本構(gòu)成

SE 即是同步工程，是指對(duì)產(chǎn)品實(shí)施同步、一體化設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，促使開(kāi)發(fā)者考慮從概念形成到用戶使用(保養(yǎng)/維修等)的整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的所有因素(含質(zhì)量/成本/進(jìn)度/用戶要求)的系統(tǒng)方法。通過(guò)開(kāi)展SE 工程分析產(chǎn)品制造工藝，同步識(shí)別產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造潛在問(wèn)題，從而修正設(shè)計(jì)缺陷，降低開(kāi)發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

開(kāi)展沖壓SE 工作，對(duì)白車身沖壓件進(jìn)行CAE 分析，并評(píng)估沖壓工藝，從而辨別產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造潛在問(wèn)題，反饋優(yōu)化方案給產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改善優(yōu)化，從而降低制造成本和風(fēng)險(xiǎn)，保證沖壓件質(zhì)量。

本文從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝優(yōu)化這兩個(gè)角度，對(duì)提升材料利用率的方法進(jìn)行具體分析。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升材料利用率

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期，沖壓SE 工程師開(kāi)展對(duì)應(yīng)的同步工程工作，進(jìn)行成形性分析、工藝分析等工作，輸出沖壓降本方案，從以下4 個(gè)方面講述優(yōu)化案例。

廢料區(qū)域零件合拼設(shè)計(jì)

充分利用廢料區(qū)域，兩件合拼設(shè)計(jì)，減少零件數(shù)。圖2 為側(cè)圍外板和延伸板合拼設(shè)計(jì)，既能保證零件功能又充分利用側(cè)圍外板廢料區(qū)域，節(jié)省延伸板生產(chǎn)材料投入，材料利用率提升2%，并減少延伸板焊接設(shè)備成本和人力成本。兩件匹配焊接面取消，綜合零件重量減少。

圖2 側(cè)圍外板與延伸板合拼優(yōu)化設(shè)計(jì)

匹配零件合并設(shè)計(jì)

兩個(gè)搭接匹配的零件，當(dāng)其中一個(gè)件只是加強(qiáng)作用時(shí)合并設(shè)計(jì)。圖3 所示的加強(qiáng)板僅是作為前地板后橫梁通道口的加強(qiáng)件，是完全貼合匹配關(guān)系，可通過(guò)優(yōu)化通道口型面的加強(qiáng)特征，達(dá)到相同效果，最終通過(guò)CAE 強(qiáng)度分析。節(jié)省加強(qiáng)板開(kāi)發(fā)制造成本，材料利用率提升10%，零件數(shù)減少，零件重量減少。

圖3 前地板后橫梁與加強(qiáng)板合并優(yōu)化設(shè)計(jì)

調(diào)整分縫位置

優(yōu)化兩個(gè)搭接件的分縫位置，即優(yōu)化搭接位置，減小廢料區(qū)域，縮短板料尺寸，提高材料利用率。圖4 中燈罩與后端下板原分縫位置，后端下板兩端凸起高度差116mm，拉延時(shí)中間形成較大的廢料區(qū)，通過(guò)調(diào)整分縫位置，后端下板兩端高度差降到30mm，廢料區(qū)域減少，板料尺寸縮減。綜合材料利用率提升8%，且后端下板模具尺寸減小，綜合效益明顯。

圖4 燈罩與后端下板分縫位置優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化零件邊界

零件邊界局部凸出部分，是材料利用率的決定點(diǎn)，因此優(yōu)化局部凸出，優(yōu)化板料排樣間隙都是提升材料利用率的有效方法。如圖5 所示門檻外板加強(qiáng)板取消局部凸起部分，料片尺寸減少，排樣間隙減小，材料利用率提升5%。

圖5 門檻外板加強(qiáng)板邊界優(yōu)化設(shè)計(jì)

沖壓工藝優(yōu)化提升材料利用率

在沖壓工藝設(shè)計(jì)階段，相同零件有多種沖壓工藝。工藝的選擇對(duì)材料利用率的影響也很大，從以下5 個(gè)方面講述優(yōu)化案例。

拉延工藝改為成形工藝

在滿足沖壓件質(zhì)量的要求下，成形工藝和拉延工藝兩者中采用成形工藝是最有效的提高材料利用率的方案，通常在幾字形和V 字形類零件中使用比較多。在SE 階段分析成形工藝反推產(chǎn)品優(yōu)化以滿足工藝要求，達(dá)到提升材料利用率目的。如圖6 所示側(cè)圍C柱上的加強(qiáng)板，SE 階段在保證質(zhì)量前提下，提供優(yōu)化方案合理改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，采用成形工藝比拉延工藝材料利用率提升了20%。

圖6 C 柱上加強(qiáng)板-拉延工藝改為成形工藝

雙件合模拉延工藝

左右件采用合模拉延工藝，或者單件采用雙拼拉延工藝，即一模雙件，這種生產(chǎn)方式本質(zhì)是通過(guò)減少工藝補(bǔ)充面(工藝補(bǔ)充最小化)來(lái)減小板料尺寸，達(dá)到提升材料利用率的目的。如圖7 所示左右前輪罩板前板采用左右合模拉延工藝，板料長(zhǎng)度減少78mm，材料利用率提升8%；圖8 中后地板采用雙拼拉延工藝，板料長(zhǎng)度減少160mm，材料利用率提升7%。

圖7 前輪罩板前板-單件拉延工藝改為雙件合模拉延工藝

圖8 后地板-單件拉延工藝改為雙拼拉延工藝

開(kāi)口拉延方式

端頭采用開(kāi)口或半開(kāi)口拉延方式，能有效提高材料利用率。如圖9 所示中上彎梁內(nèi)板兩端頭封閉式拉延，板料尺寸為1090mm×190mm，采用半開(kāi)口拉延方式后，板料尺寸為1040mm×190mm，板料長(zhǎng)度縮減，材料利用率提升了5%。

圖9 上彎梁內(nèi)板-封閉式拉延工藝改為開(kāi)口式拉延工藝

淺拉延工藝

對(duì)于沖壓件，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求前提下，盡量使用淺拉延工藝，通過(guò)使工藝補(bǔ)充最小化，減小板料尺寸，從而提升材料利用率。圖10 為頂蓋前橫梁斷面圖，直接使用產(chǎn)品法蘭面作為壓料面，間接降低拉延深度，工藝補(bǔ)充最小化，材料利用率提升了10%。

圖10 頂蓋前橫梁-常規(guī)深拉延改為淺拉延工藝

嵌套沖壓工藝

在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于有門洞或窗洞類大孔的零件，可通過(guò)嵌套工藝(其他零件套入廢料區(qū)域共模生產(chǎn))，節(jié)省小件原材料的同時(shí)又省去模具費(fèi)用。如圖11 所示，將2 個(gè)加強(qiáng)板套入隔板內(nèi)部廢料區(qū)域，并將材質(zhì)、料厚改成一致。節(jié)省加強(qiáng)板原材料0.528kg，減少加強(qiáng)板模具開(kāi)發(fā)成本。

圖11 加強(qiáng)板和隔板-單件沖壓工藝改為嵌套沖壓工藝

結(jié)束語(yǔ)

由上所述，材料利用率提升的方案很多，在SE階段提出優(yōu)化可以避免后期改良產(chǎn)生工裝設(shè)備更改，此階段最適合優(yōu)化產(chǎn)品來(lái)達(dá)到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝都滿足材料利用率提升需求。因此，SE 團(tuán)隊(duì)在同步工程階段最大限度的提升材料利用率，意義重大。

本文所講述歸納的多種提升材料利用率方法，無(wú)論是從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，還是從工藝設(shè)計(jì)出發(fā)，都需結(jié)合實(shí)際例子分析，即具體零件具體分析。希望能對(duì)同行提升整車材料利用率實(shí)現(xiàn)降本目的有一定的參考和指導(dǎo)意義。