有效提高規(guī)劃階段沖壓件的鋼材利用率

1、有效提高規(guī)劃階段沖壓件的鋼材利用率汽車行業(yè)是鋼材的消耗大戶，近年來我國汽車企業(yè)每年消耗約2000萬噸鋼材，而且還在以兩位數(shù)的百分比逐年增長。在國際原材料價格不斷上漲而汽車價格不斷降低的形勢下，汽車行業(yè)的利潤空間受到很大程度的影響，節(jié)約資源、提高效率、降低成本是每個企業(yè)的必行之路。 在汽車生產(chǎn)的原材料中，鋼鐵的比重占總消耗量的6070，而且在生產(chǎn)過程中被消耗的鋼材中，只有一部分直接轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中去，構(gòu)成產(chǎn)品實體，其余部分就變成了廢料。因此，通過各種工藝改進來提高鋼材的利用率是汽車企業(yè)降低成本的一個有效途徑。 從車身重量上看，轎車白車身占整車的30%50%，載重車白車身占整車的20%30%；從制造成

2、本上看，轎車白車身占整車的40%60%，載重車白車身占整車的15%30%。在白車身的組成中，由于沖壓件占95%以上，所以提高沖壓件的鋼材利用率對降低成本、提升經(jīng)濟效益有著十分明顯的效果。 鋼材利用率綜述 由于各個國家的國情不同，鋼材利用率的計算方法也不盡相同，本文所說的鋼材利用率是指鋼材利用在汽車本身的比重，不含其余部分（廢料）利用在社會其他行業(yè)的比重。本文涉及的鋼材利用率計算方法如下： 單件鋼材利用率零件的重量/各零件的毛坯料重量×100%； 白車身鋼材利用率各零件的重量/各零件的毛坯料重量×100%。 經(jīng)過多年針對模具交付生產(chǎn)的零件進行工藝改進，大約能將鋼材利用率提升1

3、3個百分點，空間十分有限。本文重點介紹在產(chǎn)品規(guī)劃階段提升鋼材利用率的方法及其應(yīng)用。 產(chǎn)品的合理設(shè)計 1. 合理選擇產(chǎn)品造型和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 在產(chǎn)品設(shè)計階段，不同的造型結(jié)構(gòu)對鋼材利用率影響比較大，從表1可以看出帶窗框結(jié)構(gòu)鋼材利用率最低，不帶窗框并且材料激光拼焊（TWB）的結(jié)構(gòu)鋼材利用率最高。所以在新車型零件設(shè)計的過程中，在不影響零件功能的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇鋼材利用率高的結(jié)構(gòu)。 表1 不同結(jié)構(gòu)門鋼材利用率對比 2. 材料牌號的合理選用 材料牌號和厚度的組合可能會高達6080種，如何減少材料牌號，對鋼材利用率的提升、減少采購成本意義重大。在規(guī)劃階段，對于材料牌號的定義可遵循如下原則： （1）對性能近似

4、的材料牌號進行合并。 （2）建立選材庫，明確各種材料牌號和厚度，新車型在選材時不允許選擇庫外牌號和厚度。 （3）高（超高）強度材料作為今后的發(fā)展趨勢，定期添加進選材庫。 （4）在材料牌號定義時就考慮廢料的利用。 對于小件選用材料，在滿足產(chǎn)品要求時，可以向大件的廢料靠齊。如表2所示，經(jīng)分析某車型3個小件受力較小，選用本車型側(cè)圍的材料牌號、厚度可以滿足功能，并將原先定義的牌號、厚度改為本車型側(cè)圍同樣的牌號、厚度，就可以利用側(cè)圍的廢料來制造，提升鋼材利用率1.8個百分點。 表2 牌號、厚度定義對比 3. 產(chǎn)品的合理分塊 如表3所示，在流水槽分成三段時，其鋼材利用率分別是：上段45.9%、中段34.5

5、%、下段36.2%，整個流水槽的鋼材利用率只有39.4%。若采用整體式設(shè)計，則鋼材利用率可以高達64.8%，不僅提升了鋼材利用率，還節(jié)省了模具、檢具、夾具的數(shù)量，提高了焊接精度。 表3 分件方式對比 4. 塑料件的應(yīng)用 對于車身上部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝性差，并且受力較小、鋼材利用率較低的零件，可以考慮采用塑料件?，F(xiàn)某車型的前翼子板就考慮改用塑料件，一方面材料利用率提高，另一方面可以提升整車的鋼材利用率，同時，采用塑料件也可增加設(shè)計的自由度，確保了造型的效果。 工藝方法的合理選擇 1. 合理的工藝設(shè)計 A：調(diào)試后板料邊緣距拉延筋距離最小化（<10mm）>B：拉延筋最小化設(shè)計 C：壓料面最

6、小化設(shè)計（壓料筋中心到分模線21mm） D：拉延深度最小化設(shè)計 E：工藝補充最小化設(shè)計 從圖1可以看出，提升鋼材利用率需要在設(shè)計階段控制各個方面，對于工藝補充、拉延筋、壓料面等進行最小化設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時使鋼材用量最少。同時，對于外表面件，在考慮制件質(zhì)量和充分拉延的前提下，可以考慮采用淺拉延，盡量減少工藝補充部分，直接以制件的法蘭面作為壓料面，使鋼材利用率達到最大，但需要注意板料滑移線對制件質(zhì)量的影響。 圖1 合理的工藝截面2. 雙件合并 汽車車身上絕大多數(shù)零件為對稱件，在工藝設(shè)計時多考慮左右件成雙設(shè)計，在減少工藝補充、提升鋼材利用率的同時，成形難度也會降低。如表4中合并前利用率為73%

7、，在左右零件成雙后，鋼材利用率可以提升至79%。 表4 單件與成雙對比 上述介紹的是左右零件成雙，這在雙件合并情況中較為常見，另外還有一種方式為一模多件，即一套模具一次能生產(chǎn)多個同樣零件，這種方式與左右零件成雙效果相同，都能通過減少工藝補充達到提高鋼材利用率的目的。 3. 成形工藝的合理利用 對于車身上的梁類件、結(jié)構(gòu)件等在表面要求不高、成形深度較淺、不影響焊接搭接的情況下，可以多采用成形工藝。由于拉延需要完整的工藝補充部分，但成形可以采用不封閉壓料的方式，所以可以減小原材料的毛坯尺寸，同時還可以通過優(yōu)化落料排樣的方式提高鋼材利用率。如表5通過增加落料工序?qū)⒗庸ば蚋臑槌尚喂ば颍摬睦寐士梢蕴?/p>

8、高20個百分點。 表6 傳統(tǒng)工藝和激光拼焊對比 4. 模中模技術(shù)的應(yīng)用 在汽車車身覆蓋件中，如帶門上段的門內(nèi)、外板，窗框位置有大片的廢料；掀背式的整體的后背門內(nèi)、外板后風(fēng)擋玻璃處也存在大量的廢料；整體的側(cè)圍內(nèi)、外板在門洞處也有大量的廢料。目前的利用方式是收集起來再利用在其他零件上，但是通過在模具設(shè)計時就在洞口的位置布置其他的小件，不僅可以利用廢料，還可以減少模具數(shù)量，這就是“模中模技術(shù)”。 圖2 模中模技術(shù)新材料、新技術(shù)的應(yīng)用 1. 激光拼焊技術(shù)的應(yīng)用 以某車型門內(nèi)板為例，傳統(tǒng)工藝是整體門內(nèi)板(st16/t=0.8mm)加鉸鏈加強板(B170P1/t=2.0mm)焊接；采用拼焊工藝，則用st1

9、6/0.8mm和B170P1/t=1.8mm的材料先進行激光拼焊，然后整體成形。通過對比，采用激光拼焊工藝鋼材消耗減少2.15kg，車身減重1kg，裝配后強度較傳統(tǒng)工藝更好，鋼材利用率也可以提升8個百分點。 2. 開卷落料線的應(yīng)用 在規(guī)劃階段就要考慮開卷落料線這樣的新工藝，通過投資開卷落料線，不僅可以降低人工落料的工作量，還可以提升大側(cè)圍等落料片的表面質(zhì)量，避免劃傷。開卷落料線最大的成本優(yōu)勢還在于可以大大提升部分件的鋼材利用率，如圖3某車前翼子板原是單片落料，更改成擺剪后，鋼材利用率提升了8個百分點。 圖3 擺剪工藝對于部分件，通過套裁排樣的方式（即少無廢料排樣），開發(fā)開卷落料模同樣可以提升鋼

10、材利用率，如圖4采用開卷落料模工藝，某門內(nèi)板鋼材利用率可以提升7個百分點。 圖4 開卷落料模工藝3. 高速線的應(yīng)用 目前大工作臺面、大噸位的壓力機應(yīng)用越來越多，壓力機的自動化程度也達到較高水平，在投資允許的情況下，可以規(guī)劃高速線。由于高速線一般都是大工作臺面的設(shè)備，機械化程度很高，可以實現(xiàn)一模兩件或者一模四件的生產(chǎn)，同時也避免了由于設(shè)備工作臺面較小造成不必要的制件分塊，所以高速線的規(guī)劃，也是提升鋼材利用率的有力保證。 結(jié)語 綜上所述，沖壓件鋼材利用率水平的提升和產(chǎn)品、工藝、設(shè)備等密不可分，一個車型鋼材利用率的高低，代表著企業(yè)工藝水平的高低，同時也是一個企業(yè)成本高低的標(biāo)尺。由于規(guī)劃階段對產(chǎn)品設(shè)計和批量生產(chǎn)起到承上啟下的作用，所以在新車型規(guī)劃階段需要產(chǎn)品和工藝的密切配合，從造型評審、產(chǎn)品分塊上就應(yīng)開始仔細(xì)