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        數(shù)據(jù)設計階段白車身沖壓件材料利用率提升方法

        2023-08-25 09:24:38佟鑫中國第一汽車集團有限公司
        鍛造與沖壓 2023年16期
        關鍵詞:內板沖壓件外板

        文/佟鑫·中國第一汽車集團有限公司

        汽車行業(yè)的競爭越來越劇烈,成本、質量和周期成為其核心的競爭因素,其中白車身材料利用率的提升對降低成本起到至關重要的作用。本文詳細介紹了項目研發(fā)初期的造型和數(shù)據(jù)兩個階段白車身沖壓件材料利用率提升方法,大幅提升了白車身沖壓件的材料利用率,最終實現(xiàn)降低白車身原材料成本的目的。

        隨著特斯拉在上海落戶、互聯(lián)網(wǎng)造車的興起以及傳統(tǒng)車企的逐漸退出,汽車行業(yè)的競爭越來越劇烈,因此,其生存和發(fā)展也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。然而,對于汽車制造而言,其成本、質量和周期永遠是車企競爭的核心因素。在不影響制件面品質量與尺寸精度的同時,降低其開發(fā)成本,是每個車企需要考慮與優(yōu)先解決的關鍵核心問題。

        汽車成本主要分為四個方面:第一,材料占比53%;第二,制造占比30%;第三,開發(fā)占比5%;第四,其他占比12%。根據(jù)以往車型數(shù)據(jù),白車身的總質量約為400 ~500kg,沖壓件占白車身總質量的95%左右。也就是說,如果白車身的總質量按450kg 進行計算,即使材料利用率提升幅度從50%提升至51%,原材料的消耗也將減少約17kg,單車成本會降低約120 元,該車型按照年產(chǎn)十萬輛計算,每年將為企業(yè)節(jié)約成本達到了千萬余元。因此,白車身沖壓件材料利用率每提升一個百分點,對于降低成本而言都是很可觀的。

        目前,白車身沖壓件材料利用率的提升工作,主要通過產(chǎn)品造型、結構分塊、成形方式、工藝補充、板料形狀、廢料利用等多種方法進行提升。根據(jù)以往車型經(jīng)驗,當材料利用率達到一定程度時,白車身材料利用率的提升就會越來越困難。對于沖壓工藝人員來說,則需要投入大量的精力,協(xié)調車身設計、焊裝、尺寸等多個專業(yè)共同努力,在整個車型研發(fā)過程中去開展材料利用率的提升工作。按照車型研發(fā)流程,本文把材料利用率提升分為5 個階段,第1 階段為造型階段;第2 階段為數(shù)據(jù)階段;第3 階段為工藝階段;第4 階段為調試階段;第5 階段為量產(chǎn)階段。制件結構決定了其材料利用率的最終上限,是材料利用率提升工作的重中之重。第1 造型階段和第2 數(shù)據(jù)階段是決定制件結構的關鍵階段,因此這兩個階段是白車身沖壓件材料利用率提升工作的最重要階段。本文將針對造型和數(shù)據(jù)這兩個階段,詳細介紹白車身沖壓件在該階段實現(xiàn)材料利用率提升的方法。

        造型階段

        計算機輔助造型(Computer Aided Stylin,簡稱CAS)階段不僅決定了車型的美觀程度和工藝的難易程度,同時CAS 分縫對制件的材料利用率也有著非常大的影響,從而影響外覆蓋件的材料利用率及整個白車身的材料利用率提升。因此,我們在項目研發(fā)初期造型階段,不僅要對CAS 進行工藝性評審,也要對CAS 進行材料利用率的嚴格評審。

        翼子板分縫線

        圖1(a)的紅色線顯示的是翼子板、發(fā)罩外板、側圍外板三件的原始分縫線,如按照圖1(b)綠線所示優(yōu)化三件的分縫線,翼子板上部則無凸出結構,其材料利用率得到了明顯提升,同時并未對其他兩件的材料利用率產(chǎn)生影響。通過調整翼子板與發(fā)罩外板及側圍外板之間的分縫線,實現(xiàn)了材料利用率顯著提升。

        圖1 翼子板的原始和優(yōu)化后分縫線

        四門分縫線

        前門外板與后門外板、后門外板與側圍外板兩處的分縫線如圖2 所示,原始制件外觀輪廓變化較為劇烈,造成制件局部有凸出部分。如果在保證造型效果的前提下按照綠色線進行優(yōu)化,使其外觀輪廓變?yōu)槠骄?,前門外板及后門外板的材料利用率會有顯著提升。因此,合理設計四門分縫線,可有效提高門板的材料利用率。

        圖2 后門外板分縫線

        側圍外板分縫線

        側圍外板與尾門外板的分縫線如圖3 紅線所示,側圍外板的尾燈區(qū)域有局部凸出部分,嚴重影響其材料利用率。按圖3 中綠線所示來優(yōu)化兩件的分縫線,減小側圍外板尾燈區(qū)域的凸出部分,使其外觀輪廓變?yōu)槠骄?,側圍外板的材料利用率會有顯著提升。

        圖3 側圍外板分縫線

        數(shù)據(jù)階段

        在數(shù)據(jù)階段,可通過制件分塊與制件結構兩個方面實現(xiàn)材料利用率的提升。若數(shù)據(jù)階段制件設計不合理,后期沖壓工藝無論如何改進,材料利用率的提升幅度都受到極大限制。因此,數(shù)據(jù)階段決定了材料利用率提升的最終極限,在數(shù)據(jù)階段合理設計制件,是材料利用率提升的重中之重。

        制件分塊

        ⑴ 制件與對應制件的搭接位置。前門檻內板與后門檻內板的搭接關系如圖4 的紅圈所示。針對后門檻內板,由于其有圖4 綠圈所示的凸出結構,可以通過減少板料長度方向的尺寸來提升其材料利用率。兩件的邊界線按圖4 紅色箭頭所示同時向右移動,后門檻內板的材料利用率會有較大的提升,同時對前門檻內板的材料利用率并無影響。

        圖4 前門檻內板與后門檻內板的搭接關系

        頂蓋邊梁后部與D 柱加強件的搭接關系如圖5紅線所示,兩件均采用左右雙件拼接方式拉延,傾斜的邊界線導致制件局部凸出。兩件邊界線按圖5 中綠線所示優(yōu)化,則兩件的邊界線均為水平,與板料線相平行,從而兩件的材料利用率會有較大的提升。

        圖5 頂蓋邊梁后部與D 柱加強件的搭接關系

        ⑵制件合并與制件拆分。由于中地板補板立壁較陡,整體式中地板成形困難,故中地板最初設計方案如圖6 所示為三個制件焊接而成。通過與車身設計部門溝通,按照沖壓要求優(yōu)化中地板補板立壁角度,最終實現(xiàn)三個制件合并為一個制件,其材料利用率有了顯著的提升。

        圖6 中地板三件合并

        最初版本的數(shù)據(jù)階段,天窗骨架為一個制件,因中間大部分區(qū)域為廢料,故其材料利用率非常低。如圖7 所示,若把天窗骨架拆分為四個制件,其中左右兩個制件采用拼接方式拉延,上下兩個制件采用排樣進行開卷落料,制件的材料利用率有了顯著的提升。因此,通過制件的合理合并與拆分,能夠顯著提升制件的材料利用率。

        圖7 天窗骨架拆分為四件

        制件結構

        ⑴制件的焊接邊寬度。如圖8 所示,地板加強梁與對手件的焊接面寬度達到了22 mm。按照焊裝專業(yè)相關標準,焊接面寬度16 mm 即可滿足點焊要求。我們把此處焊接面寬度優(yōu)化至16 mm,地板加強梁的材料利用率會有顯著的提升。

        圖8 地板加強梁焊接面過寬

        尾門尾燈支座圖示區(qū)域僅有一個焊點,焊接面寬度為23mm,按照圖9 中紅線修改制件邊界線,焊接面寬度保證16mm 即可滿足點焊要求,尾門尾燈支座的材料利用率會有顯著的提升。

        圖9 尾門尾燈支座焊接面過寬

        ⑵制件存在凸出結構。后輪罩內板采用左右雙件拼接方式拉延,圖10 中尖角部分寬度為20mm,且沒有任何功能作用,故去掉圖10 所示處的凸出結構,板料尺寸在制件長度方向相應減小,后輪罩內板的材料利用率會有顯著的提升。

        圖10 輪罩內板局部凸出結構

        原版的前隔板橫梁制件存在局部凸出部分,去掉圖11 中紅線上部的凸出部分,圖11 中最下方的制件為優(yōu)化后的制件,板料尺寸在制件寬度的方向相應減小,制件的材料利用率有了顯著的提升。

        圖11 前隔板橫梁局部凸出結構

        ⑶制件材料利用率關鍵點處的邊界線。前縱梁采用成形工藝方案,其板料尺寸長度方向的關鍵點位置為圖12 紅圈所示處。在保證焊接質量的前提下避讓焊點更改制件邊界輪廓,使其板料尺寸在長度方向上相應減小,制件的材料利用率也會相應提升。

        圖12 前縱梁板料長度方向關鍵點

        后地板側板同樣采用成形工藝方案,其板料尺寸寬度方向的關鍵點位置為圖13 紅圈所示處,且此處并無焊點和其他功能作用,更改制件邊界輪廓,在提高制件沖壓工藝性的同時,其板料尺寸在寬度方向上相應減小,制件的材料利用率也會相應提升。

        圖13 后地板側板寬度方向關鍵點

        結束語

        本文詳細介紹了白車身沖壓件在造型階段及數(shù)據(jù)階段材料利用率的提升方法。其中,在造型階段,主要通過調整CAS 分縫線來提升材料利用率;在數(shù)據(jù)階段,通過制件分塊與制件結構兩個方面實現(xiàn)材料利用率提升。其中,在制件分塊方向上,主要通過優(yōu)化制件與對應制件的搭接位置、合并制件、拆分制件三種途徑來提升材料利用率;在制件結構方向上,通過縮短焊接邊寬度、取消凸出結構、優(yōu)化材料利用率關鍵點處邊界線三種方法來提升材料利用率。

        此外,在應用現(xiàn)有方法的同時,也要對新技術、新方法、新工藝進行不斷地探索、研究、應用。通過白車身沖壓件材料利用率的提升,降低白車身原材料的經(jīng)濟成本,從而最終達到提高車型市場核心競爭力的目的。

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