淺談汽車沖壓工程中材料利用率的提升

秦慶

摘 要：通過(guò)對(duì)各類汽車沖壓件沖壓工藝進(jìn)行研究，通過(guò)CAE軟件分析和實(shí)踐論證，提出汽車沖壓件材料利用率提升的各種方案。

關(guān)鍵詞：汽車沖壓件;材料利用率;成本;CAE分析;沖壓工藝

引言

通過(guò)對(duì)汽車沖壓件沖壓工藝進(jìn)行研究，以CAE分析為理論依據(jù)，從模具制造和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試進(jìn)行實(shí)際論證，進(jìn)行汽車沖壓件材料利用提高的研究，采取相應(yīng)的措施，不斷尋求節(jié)約板材的途徑，充分提高材料利用率，降低汽車沖壓件材料成本。

1 提高材料利用率的重大意義：

以乘用車為例，沖壓件重量一般為350Kg-450Kg，按照53%的整體材料利用率計(jì)算，需要的原材料大約為700Kg-900Kg，如果能夠?qū)⒉牧侠寐侍岣邇蓚€(gè)百分點(diǎn)的話，每輛車就能節(jié)約15Kg-20Kg的原材料，單車的成本降低大約在100元左右，這個(gè)對(duì)于一個(gè)年產(chǎn)量十萬(wàn)的車型來(lái)說(shuō)，材料成本就能節(jié)約上千萬(wàn)。在當(dāng)今汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，顯然具有著十分重大的意義！

2 汽車沖壓件提高材料利用率的方法

汽車覆蓋件的材料利用率主要由三個(gè)環(huán)節(jié)決定：第一是車身設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)從先天上決定了沖壓件的材料利用率，車身一旦定型，后期最大的手段就是從沖壓工藝角度優(yōu)化，因此該環(huán)節(jié)可以從零件的造型，拆分零件等方案考慮;第二是覆蓋件模具開發(fā)環(huán)節(jié)，通過(guò)工藝的優(yōu)化、套料、開卷落料、使用成型工藝、零件對(duì)拼等方案來(lái)提高材料利用率，該方法提升效果非常顯著;第三是模具調(diào)試環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)相對(duì)調(diào)整量最小，但效果很直觀。

2.1 車身設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提高材料利用率：

2.1.1 消除產(chǎn)品突出位置。

通過(guò)減小或去除零件凸兀造型，可改善因零件局部凸點(diǎn)影響材料利用率的問(wèn)題。為保證零件質(zhì)量，CAE分析線距產(chǎn)品邊緣要做到8mm左右，若能在產(chǎn)品上局部做出修改（去凸點(diǎn)造型），就能將板料寬度尺寸整體減小，按現(xiàn)在板料寬度為800計(jì)算，若減小20mm，材料利用率大約能夠提高1.8%.

2.2.2 拆分零件

覆蓋件中，為保證白車身的要求，有些零件造型局部突出很大，但又無(wú)法消除該造型，該種情況建議將零件拆分，采用焊接連接。當(dāng)然這要從整個(gè)模具、檢具、夾具的成本來(lái)考慮，如果汽車生產(chǎn)的批量不大，拆分以后由于工裝成本增加，會(huì)得不償失，但是如果零件使用的材質(zhì)好，生產(chǎn)批量大，拆分對(duì)于降低成本是很顯著的。

2.2覆蓋件模具開發(fā)環(huán)節(jié)提高材料利用率：

在覆蓋件模具開發(fā)環(huán)節(jié)，主要是基于精確地有限元分析，通過(guò)AutoForm或Dynaform對(duì)產(chǎn)品做出精準(zhǔn)分析，根據(jù)零件的成型性能，選擇最合適的成型方式;對(duì)于落料，進(jìn)行最省材料的排樣，在保證零件質(zhì)量前提下選擇最少材料和制造成本最低的方式進(jìn)行生產(chǎn)。

2.2.1 在沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)采用開口拉延

某沖壓件，在沖壓方向上零件高度達(dá)到200mm以上，同時(shí)中間相對(duì)平緩，該情況下若使用封閉拉延會(huì)使生產(chǎn)板材尺寸很長(zhǎng)，使用開口拉延能在很大程度上減小板材長(zhǎng)度，提高材料利用率. 使用封閉拉延時(shí)板料尺寸為1850*795，使用開口拉延時(shí)板料尺寸為1700*795，材料利用率提高了4.5%。使用開口拉延能在很大程度上減小板材長(zhǎng)度，提高材料利用率。

2.2.2 拉延檻的使用

將拉延筋改為拉延檻，可增加板料的控制距離，當(dāng)然拉延檻也存在它的局限性，拉延檻主要用于材質(zhì)性能較好的普板拉延，并且產(chǎn)品在壓邊圈上時(shí)無(wú)法使用，同時(shí)模具調(diào)試時(shí)對(duì)鉗工水平要求很高。

2.2.3零件對(duì)拼距離最小化

工藝設(shè)計(jì)中，左右件合模的沖壓工藝方式很常見，該方式能提高零件的材料利用率和降低后期的生產(chǎn)成本（壓機(jī)的沖壓成本和人工成本）。零件使用左右件對(duì)拼，對(duì)拼時(shí)中間的搭邊距離應(yīng)做到最小，根據(jù)零件的材料和料厚不同，控制在8-15mm左右（料厚1.2mm以下的普板8mm足夠，15mm主要針對(duì)于高強(qiáng)度厚板）。同時(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)CAE分析情況對(duì)左右件的拼接角度進(jìn)行調(diào)整，從而使零件拼接方向上的板料尺寸做到最小。

2.2.4盡量使用成型工藝

汽車覆蓋件的沖壓過(guò)程中，成型工藝比拉延工藝要節(jié)約材料，對(duì)于簡(jiǎn)單的零件一般都會(huì)使用成型工藝，但是對(duì)于零件頂面形狀相對(duì)復(fù)雜的零件，為保證零件的質(zhì)量，普遍選擇拉延，該情況下，應(yīng)多進(jìn)行CAE分析，做出多種方案，進(jìn)行理論上的各種嘗試，盡量將拉延改為成型，即簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)和工序內(nèi)容，又降低了模具工裝成本，同時(shí)也極大的提高了材料利用率。但在成型工藝的使用過(guò)程中零件剛度會(huì)有所下降，需要根據(jù)零件具體的強(qiáng)度要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用。以某車型縱梁為例，采用拉延工藝材料利用率為70%左右，在使用成型工藝后材料利用率提升至85.75%。

2.2.5開卷落料模的使用

現(xiàn)在汽車的產(chǎn)量一般都達(dá)到幾十萬(wàn)臺(tái)，通過(guò)增加開卷落料模能夠極大程度的提高材料利用率，雖然會(huì)增加工裝成本和沖壓成本，但是在產(chǎn)量增加以后，節(jié)約的材料還是很可觀的。

2.3 覆蓋件模具調(diào)試環(huán)節(jié)提高材料利用率：

模具最終調(diào)試過(guò)程中，在滿足零件質(zhì)量前提下可以適當(dāng)?shù)目s減板料尺寸，如下圖所示，在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)產(chǎn)品的位置，直接減小板料尺寸，將封閉拉延改為開放式拉延，或者將壓邊圈壓料成型改為上下模直接壓合成型。

3 結(jié)束語(yǔ)

從上面可以看出，提高材料利用的方法有很多，在設(shè)計(jì)前期，調(diào)整方法很多且效果非常顯著，在生產(chǎn)后期，相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)困難。所以，材料利用率的提升在車身設(shè)計(jì)和模具開發(fā)前期十分重要（即前期SE和DL圖設(shè)計(jì)時(shí)），只有先天具備優(yōu)勢(shì)，才能更好達(dá)到提高材料利用率的效果。

在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，成本和質(zhì)量永遠(yuǎn)是一個(gè)矛盾體，在滿足質(zhì)量要求下，最大限度的降低成本是企業(yè)的生存之道;去除質(zhì)量浪費(fèi)，以最低的成本做出最好的產(chǎn)品，是永遠(yuǎn)的追求。

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