剖析如何提高汽車結(jié)構(gòu)件材料利用率

支明遠(yuǎn)，孫 林

（江鈴汽車股份有限公司車架廠，江西南昌 330001）

1 引言

在汽車市場競爭日益激烈的今天，汽車銷售價(jià)格逐年下降，車企若想獲得市場競爭優(yōu)勢(shì)，必須要降低汽車制造成本才能確保銷售利潤，因此，降本已成為企業(yè)生存發(fā)展的主旋律。對(duì)于沖壓件成本占整車成本20%以上的沖壓廠，原材料成本占沖壓件總成本的60%～70%，提高原材料利用率就成為降本的關(guān)鍵。而汽車結(jié)構(gòu)件由于板材厚，如何優(yōu)化工藝對(duì)于降本就顯得尤為突出。

2 總體思路

以皮卡車型為例，結(jié)構(gòu)件重量為180kg，按材料利用率提升1%來計(jì)算，單臺(tái)定額就可以降低1.8kg，按照目前市場原材料6元/kg，單臺(tái)車就可節(jié)約原材料成本10.8元。如果每臺(tái)車都可以降低10.8元，按年產(chǎn)銷預(yù)測33萬臺(tái)計(jì)算，就可為企業(yè)節(jié)約原材料成本356.4萬元。由此可見，提升材料利用率能夠給企業(yè)節(jié)約非常大的成本。汽車結(jié)構(gòu)件主要有縱梁件、橫梁件、擺臂件及副車架件等，相對(duì)于覆蓋件來講板材更厚且材料都是熱軋酸洗板，沖壓件造型相對(duì)簡單且尺寸大小相差較大。同時(shí)結(jié)構(gòu)件由于板材厚，相對(duì)薄板件，具有屈服強(qiáng)度波動(dòng)大、厚度公差大、表面質(zhì)量差材料力學(xué)性能不穩(wěn)定，并且材料延伸率低成形易硬化等缺陷，CAE分析數(shù)據(jù)與實(shí)際情況會(huì)存在較大誤差。針對(duì)結(jié)構(gòu)件這些特點(diǎn)并結(jié)合結(jié)構(gòu)件降本的經(jīng)驗(yàn)，除了傳統(tǒng)的排樣降本，還可以從以下幾個(gè)方面來提升材料利用率：①淺拉伸件來料尺寸優(yōu)化；②帶法蘭面的U型件來料尺寸優(yōu)化；③沖裁廢料再利用；④根據(jù)裝配關(guān)系進(jìn)行來料尺寸優(yōu)化；⑤落料改為開卷落料，如圖1所示。

圖1 提高結(jié)構(gòu)件材料利用率的總體思路

3 提高結(jié)構(gòu)件材料利用率的方法

3.1 淺拉伸件來料尺寸優(yōu)化

淺拉伸件，以某寬商務(wù)車型的下緣前加強(qiáng)板為例，沖壓件原設(shè)計(jì)的成型工藝為閉口拉伸成形（見圖2），需要的工藝補(bǔ)充料較多，后序修邊將工藝補(bǔ)充料裁剪形成最終沖壓件，由于壓邊較多使材料利用率受到限制。經(jīng)分析，該沖壓件上部拉伸深度較淺，修邊幅度較大，最終沖壓件如圖3中A部分（淺色部分）。采取的方案：在沖壓件上部由于拉伸時(shí)板料流動(dòng)不大，取消上部的壓邊筋，嘗試將該件的拉伸方式由之前的閉口拉伸改為開口拉伸，減少上部壓邊量，沖壓件質(zhì)量方面將重點(diǎn)關(guān)注起皺和開裂。通過工藝驗(yàn)證，來料尺寸可由之前的415×1,560mm優(yōu)化至390×1,560mm，材料利用率由之前的43.29%提升至46.06%，材料利用率提升2.77%。

圖2 改善前為閉口拉伸成形工藝

圖3 改善方案-減小上部壓邊量改成開口拉伸

3.2 對(duì)帶法蘭面的U型件的材料利用率提升

以某款商務(wù)車中段縱梁為例，都是帶法蘭面的U型件結(jié)構(gòu)，都是5工序：OP10落料+OP20拉伸（見圖4）+OP30修邊（見圖5）+OP4側(cè)整形+OP50沖孔側(cè)沖孔。由于沖壓件有側(cè)整工序，材料成本存在優(yōu)化的機(jī)會(huì)，可以結(jié)合OP10拉伸成形的回彈量、OP20修邊工序的修邊量以及OP30側(cè)整量來對(duì)來料尺寸進(jìn)行優(yōu)化。通過工藝驗(yàn)證，來料尺寸可由之前的465×1,530mm優(yōu)化至450×1,530mm，材料利用率由之前的69.9%提升至72.2%，材料利用率提升2.3%。因此，針對(duì)此種類型的U型件，本身工藝在前期開發(fā)時(shí)就可以考慮此方案來提升材料利用率。

圖4 FV406-OP20拉伸成形工序

圖5 FV406-OP30修邊工序

3.3 沖裁廢料再利用

廢料再利用即把本來沖壓當(dāng)做廢料的部分，通過重新收集起來經(jīng)過簡單的剪切加工就可以作為另外一個(gè)件的原材料來進(jìn)行使用，尤其對(duì)于那些相對(duì)較大的廢料，利用價(jià)值更高。隨著新車型不斷增多會(huì)開發(fā)很多新的沖壓件，可以根據(jù)廢料的尺寸大小、材料牌號(hào)、材料厚度來對(duì)材料定額進(jìn)行篩查以確認(rèn)廢料是否可以再利用。排查過程中發(fā)現(xiàn)某皮卡縱梁外板中段（材料牌號(hào)B420L，料厚t=2.5），OP10落料沖孔：為1落3，最后1塊整體廢料是一塊很大的廢料，廢料最大長寬尺寸為980×218mm，經(jīng)過二次剪切加工，可以作為FT555/6第八橫梁下部左右加強(qiáng)板的原材料使用（來料毛坯尺寸為760×215mm），如圖6所示，單臺(tái)可節(jié)約原材料定額1.28kg。類似于這種大的廢料首先考慮是否能回收利用以提高材料利用率。

圖6 縱梁落料沖裁廢料再利用

3.4 根據(jù)裝配關(guān)系進(jìn)行來料尺寸優(yōu)化

以某皮卡車型縱梁內(nèi)板中段為例，縱梁內(nèi)板中段與縱梁內(nèi)板前段搭接位置為滿焊，如圖7所示，焊接裝配公差要求不是很高，公差要求為±1mm，在滿足縱梁總成焊接需求的情況下，將現(xiàn)有此位置的封閉式落料改成不沖裁的開放式定位落料（見圖8）也能充分滿足裝配公差等級(jí)要求。原來料長度尺寸為1,930mm，優(yōu)化后的來料長度尺寸為 1,915mm，材料利用率由之前的75.38%提升至75.97%，材料利用率提升0.59%。同理對(duì)T601/2/3/4/5/6/7/8縱梁內(nèi)外板中段進(jìn)行了更改，改善前后材料利用率提升，如表1所示。

表1 改善前后材料利用率提升

圖7 縱梁內(nèi)板前段/后段裝配圖

圖8 縱梁端頭不修的落料方式

3.5 落料改為開卷落料

對(duì)于落料形狀不是很規(guī)則的制件，將單個(gè)落料改為開卷落料可以大大提升材料利用率，以某商務(wù)車型擺臂為例，如圖9所示，原設(shè)計(jì)是單獨(dú)的落料模，排樣方式為1落2，來料尺寸為：650×550×4mm，如圖10所示，材料利用率為57%。通過改成開卷落料（見圖11），尺寸優(yōu)化為640×C×4mm，材料利用率由之前的57%提升至66.6%，材料利用率提升9.6%。

圖9 某商務(wù)車擺臂

圖10 擺臂一落二排樣落料

圖11 將原有的落料改為開卷落料

4 結(jié)束語

在汽車市場競爭日趨激烈的背景下，如何降低公司運(yùn)營成本是提升車企市場競爭力的關(guān)鍵，正是在這種大形式、大環(huán)境下，各大車企都在大力實(shí)施降本策略。對(duì)于沖壓件成本占整車成本20%以上的沖壓廠來說也承擔(dān)著更大的降本比例，同時(shí)沖壓件成本中原材料成本就占到60%～70%，更需要不斷突破、創(chuàng)新思路、深入挖掘出更多的降本提案來提高原材料利用率以降低生產(chǎn)成本。