前地板材料利用率提升研究與應(yīng)用

王 寬， 黃 棋， 唐廷洋， 劉 振

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司， 廣西 柳州 545007）

0 引 言

近年來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)已進(jìn)入白熱化競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，汽車(chē)制造成本也逐年升高。沖壓作為汽車(chē)生產(chǎn)四大工藝之首，其生產(chǎn)成本在整車(chē)制造成本中占比高，而材料成本又是沖壓生產(chǎn)成本最大的影響因素。現(xiàn)通過(guò)對(duì)比分析某車(chē)型前地板，通過(guò)減小板料尺寸，使板料流過(guò)拉深筋進(jìn)入工藝補(bǔ)充面對(duì)零件尺寸以及質(zhì)量狀態(tài)的影響，探尋提升材料利用率、降低生產(chǎn)成本的方法，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 零件結(jié)構(gòu)介紹

前地板如圖1 所示，外形尺寸約為1 179 mm×768 mm×113.6 mm，要求無(wú)起皺、開(kāi)裂現(xiàn)象。其材料為BLD-FB-D，板料尺寸為1 420 mm×930 mm×0.6 mm，目前零件合格率為95.21%。

2 CAE分析結(jié)果對(duì)比

2.1 減小板料尺寸

板料尺寸由1 420 mm×930 mm×0.6 mm 減小至1 400 mm×910 mm×0.6 mm，長(zhǎng)、寬各減小20 mm，如圖2所示，材料利用率提升了3%。

圖2 板料尺寸減小

2.2 減薄率對(duì)比

在CAE 分析設(shè)置與參數(shù)完全一致的情況下，減小板料尺寸后，其減薄率與正常板料尺寸的減薄率基本保持一致，如圖3所示。

圖3 減薄率對(duì)比

2.3 材料流入量對(duì)比

材料流入量對(duì)比如圖4 所示，左右側(cè)的材料流入量基本一致，前側(cè)因板料流過(guò)拉深筋導(dǎo)致走料過(guò)快，材料流入量較正常尺寸板料大2 mm 左右，同時(shí)導(dǎo)致后側(cè)的材料流入量小1 mm左右。

圖4 材料流入量對(duì)比

2.4 回彈對(duì)比

回彈對(duì)比如圖5 所示，減小尺寸板料的前地板方框區(qū)域較正常尺寸板料的前地板下塌約1 mm。

圖5 回彈對(duì)比

2.5 CAE分析對(duì)比結(jié)論

減小尺寸后的板料CAE 分析的減薄率、材料流入量以及回彈與正常尺寸板料的CAE 分析值基本一致，都在可接受的范圍之內(nèi)，因此該方法可行。

3 實(shí)際試模結(jié)果對(duì)比

3.1 實(shí)際試模工況

實(shí)際試模使用主缸壓力為8 000 kN 的液壓機(jī)，設(shè)置好主缸壓力、頂缸壓力、頂出高度等參數(shù)后，先用正常尺寸板料試壓，確認(rèn)試制零件合格后，保持壓力機(jī)參數(shù)不變，再用減小尺寸的板料試壓。

3.2 實(shí)際試模的零件狀態(tài)

減小尺寸的板料前地板經(jīng)檢查確認(rèn)后，無(wú)縮頸開(kāi)裂問(wèn)題，如圖6（a）所示，正常尺寸板料成形的零件，如圖6（b）所示，方框區(qū)域的板料流過(guò)拉深筋進(jìn)入工藝補(bǔ)充面，如圖6（c）所示，拉深筋外側(cè)的板料也有所減少，但板料沒(méi)有完全流過(guò)拉深筋。另外，B處有輕微起皺（見(jiàn)圖6（d）），但經(jīng)后工序的切邊和翻邊工序后消除，對(duì)零件成形質(zhì)量影響不大。

圖6 實(shí)際試模零件

3.3 實(shí)際流入量對(duì)比

材料流入量測(cè)點(diǎn)位置如圖7 所示，流入量數(shù)值如表1所示。

表1 材料流入量對(duì)比 mm

圖7 材料流入量測(cè)點(diǎn)位置

正常板料尺寸實(shí)際試模的流入量與CAE 分析偏差在3 mm以內(nèi)，屬于正常。

減小板料尺寸的實(shí)際流入量測(cè)點(diǎn)12～18因板料流過(guò)拉深筋，導(dǎo)致材料流動(dòng)變快，流入量較正常板料多3～12 mm，進(jìn)而使測(cè)點(diǎn)1～7 的流入量較正常板料少1～3 mm；測(cè)點(diǎn)8～11 和測(cè)點(diǎn)19～22 流入量較正常板料多1～3 mm。跟CAE 分析對(duì)比，測(cè)點(diǎn)12～18較CAE 分析偏差較大，這可能是因板料流過(guò)拉深筋進(jìn)入工藝補(bǔ)充面引起的CAE 分析失真，其他測(cè)量的流入量偏差均在正常范圍。

3.4 零件尺寸對(duì)比

根據(jù)測(cè)量計(jì)劃，前地板的尺寸測(cè)點(diǎn)一共有146個(gè)，正常尺寸板料生產(chǎn)的零件尺寸合格率為95.2%，減小尺寸板料生產(chǎn)的零件尺寸合格率為93.8%，偏差2個(gè)測(cè)點(diǎn)，影響尺寸合格率1.4%，如表2所示。

表2 零件尺寸對(duì)比

偏差的2個(gè)測(cè)點(diǎn)為點(diǎn)14和點(diǎn)15，如圖8所示，差值為0.5 mm，與減小尺寸板料的前地板CAE 分析此區(qū)域下塌對(duì)應(yīng)。經(jīng)跟蹤此零件在整車(chē)上的匹配情況，這2個(gè)測(cè)點(diǎn)的偏差對(duì)整車(chē)沒(méi)有影響，能接受此狀態(tài)。另外這2個(gè)測(cè)點(diǎn)可以在CAE分析階段通過(guò)回彈補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行優(yōu)化。

圖8 偏差的2個(gè)測(cè)點(diǎn)

3.5 實(shí)際試模結(jié)論

減小板料尺寸的前地板流入量與正常尺寸板料的前地板有一定的差別，起皺狀態(tài)稍嚴(yán)重，但對(duì)整車(chē)沒(méi)有影響，尺寸僅有2個(gè)測(cè)點(diǎn)的差別，而且可以在CAE 分析階段通過(guò)一定的方式優(yōu)化，因此減小板料尺寸的方案可行。

4 減小尺寸板料的收益

板料尺寸由1 420 mm×930 mm×0.6 mm 減小至1 400 mm×910 mm×0.6 mm，質(zhì)量減輕0.219 kg，按6元/kg 計(jì)算，每生產(chǎn)1 個(gè)零件，板料成本能減少1.32元，如表3所示。

表3 減小板料尺寸的收益

5 結(jié)束語(yǔ)

減小板料尺寸并讓板料流過(guò)拉深筋，雖然對(duì)前地板的CAE 分析回彈有一定的影響，但在CAE 分析階段可通過(guò)回彈補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行優(yōu)化，實(shí)際生產(chǎn)的零件質(zhì)量狀態(tài)和尺寸合格率都在可接受的范圍，證明該工藝可行，通過(guò)降低板料成本來(lái)提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

此工藝還在前圍板和后地板進(jìn)行了驗(yàn)證，前圍板的板料尺寸由原來(lái)的1 400 mm×550 mm×0.7 mm減小至1 360 mm×510 mm×0.7 mm，長(zhǎng)和寬分別減小40 mm；后地板的板料由（1 480/1 100）mm×995 mm×0.6 mm 的等腰梯形變?yōu)椋? 480/1 100）mm×955 mm×0.6 mm的等腰梯形，高度減小40 mm，零件的質(zhì)量狀態(tài)和尺寸合格率沒(méi)有太大的變化，但材料利用率分別提升了6.33%和2.98%。

目前在結(jié)構(gòu)件和內(nèi)板件上驗(yàn)證了此工藝的可行性，但對(duì)于表面質(zhì)量要求高的外板件，如前門(mén)外板、后側(cè)門(mén)外板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板和頂蓋等，采用此工藝是否能達(dá)到質(zhì)量要求還有待驗(yàn)證，如果能實(shí)現(xiàn)，材料利用能提高3%～4%，由此產(chǎn)生的收益可觀。