车身开发过程中提高材料利用率的措施

魏杏娟 信召阳 许朋

（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心）

影响汽车市场份额占有率很重要的因素是价格，汽车价格的主要影响因素除配套件成本外，还包括白车身制造成本。影响白车身制作成本的诸多因素中，冲压板材费用占总成本的62%，因此冲压材料在总成本中占很大的比率。所以提高汽车板材利用率成为各汽车整车厂提高产品竞争力的方法之一。文章主要探讨了在车身开发过程中，提高材料利用率的几种方案。

1 变更产品形状

1.1 分割产品

在造型阶段对油泥模型的分界线进行评审，从车身外覆盖件造型的成型性及影响材料利用率的结构及制件拆分情况进行分析。此阶段主要对分界线进行分析，分界线应尽量避免出现局部形状的外凸或内凹，前后左右侧的分界线尽量保持平行。某侧围内板后部更改前后比较图，如图1所示。图1a为更改前侧围后部结构，图1b中用分割的方式将侧围内板分割为3件，可以提高材料利用率。

1.2 材料利用率决定点部位

产品结构设计时，要考虑影响材料利用率决定点的部位，影响材料利用率决定点的部位在设计时应尽量缩短产品突出的部位。图2示出某款车车门与翼子板配合处的分缝情况，决定门的材料利用率为前部门弧度突出的最外缘。与图2b对比，图2a门左侧材料利用率决定点弧度突出太多，材料利用率比图2b低。

2 检讨工艺计划

2.1 确定材料利用率决定点

产品结构决定后，在工艺方案设计时，利用Auto-Form分析结果，判断成型后影响板料大小的决定点。根据材料利用率决定点合理规划料片尺寸，做到尺寸最小化。图3示出某车侧围外板的分析结果，红圈部位为材料利用率决定点，根据料片距材料利用率点的距离及材料的流入量来优化料片尺寸。

2.2 避免拉延工艺

在保证满足产品性能的前提下，尽量采用压型工艺而不采用拉延工艺，拉延应优先选择开口拉延；采用浅拉延能满足要求的，不采用深拉延工艺，尽可能避免阶梯拉延，而充分考虑产品成型刚度，其它部位的产品成型不用重点考虑。

图4和图5示出同一制件2种不同工艺方案。通过模拟仿真软件分析对比工艺数据、分析结果及料片形状，拉延的材料利用率为26.6%，压型的材料利用率为45.4%，压型工艺比拉延工艺利用率高18.8%。而采用2种方案产品品质均未受到影响，因此考虑采用压型工艺。

2.3 结合产品特点

由于原材料成本大幅增加，要求项目在保证制件质量的前提下，最大限度提高材料利用率，利用产品的特点，使用产品的槛作为拉延槛，省去了拉延筋。以中通道产品结构为例，图6示出中通道零件的工艺方案对比图。方案1中将分模线外移，料片设计尺寸为1 600 mm×860 mm，材料利用率为68%，如图6b所示；方案2中将分模线内移，料片设计尺寸为1 600 mm×820 mm，材料利用率为72%，如图6c所示。分析表明，方案2可以节省材料1 600 mm×400 mm。

2.4 左右合并及相似产品的合并

在工艺分析阶段,确定各制件板材的下料尺寸，对工艺进行排布。设计合理的冲压工艺方案对材料利用率有极大的影响。合理排布产品，例如左右合并及相似产品的合并，不仅提高材料利用率，对模具费用、加工费及模具套数都有很大帮助。

图7示出某车型左右B柱上内板拉延工艺，图7a为单件拉延：料片设计尺寸为270 mm×730 mm；图7b为双件拉延：料片设计尺寸为400 mm×730 mm，材料利用率由单件的41.5%提升到双件的56%。

图8示出左右B柱下内板2种拉延工艺，图8a拉延形式的料片设计尺寸为1 520 mm×520 mm；图8b拉延形式的料片设计尺寸为1 100 mm×580 mm，材料利用率由单件的35%提升到双件的46%。

3 板料再利用

在调试阶段，需要对模具和工装进行验证，同时确定产品排样的合理性，确定量产阶段板料的规格；最后在批量生产阶段，对板材的边角余料进行合理再利用，保证产品批量生产。对批量生产中的冲压制件进行分析，将落料模产生的废料作为其他产品的板料再利用，多个产品一起成型。

1）落料中的废料收集。落料时收集废料，便于应用到满足废料尺寸的产品，以提高材料的利用率。

2）多个产品一起成型。当产品结构及功能受限制，产品不能进行再次拆分来提高材料利用率时，可以考虑多个产品同时成型的生产方式。同种材质的产品同时生产，达到提高材料利用率，降低模具开发成本的目的。

3）比较大的孔产生的废料可以单独搜集再利用。大件的成型性可以考虑以下工艺方案：工艺设计时将活用废料整块落下收集，用于生产其他适合的产品。注意不要分开修边及冲孔，把有可能利用到的废料一次性修完并搜集。

4 落料排样

使用开卷落料线可以连续N个件1个废料，而采用普通落料可能3个件1个废料，材料利用率低，如图9所示。

5 结论

影响材料利用率的方面很多，为了保持产品的竞争力，需要不断开拓思路、挖掘潜力。当冲压件的外形确定后，其供货成本由生产所需坯料尺寸决定，用材料利用率值来衡量坯料尺寸的合理性。对于整车来说，材料利用率值越高，说明工艺水平越高，成本控制越好。