浅谈汽车冲压工程中材料利用率的提升

秦庆

摘 要：通过对各类汽车冲压件冲压工艺进行研究，通过CAE软件分析和实践论证，提出汽车冲压件材料利用率提升的各种方案。

关键词：汽车冲压件;材料利用率;成本;CAE分析;冲压工艺

引言

通过对汽车冲压件冲压工艺进行研究，以CAE分析为理论依据，从模具制造和现场调试进行实际论证，进行汽车冲压件材料利用提高的研究，采取相应的措施，不断寻求节约板材的途径，充分提高材料利用率，降低汽车冲压件材料成本。

1 提高材料利用率的重大意义：

以乘用车为例，冲压件重量一般为350Kg-450Kg，按照53%的整体材料利用率计算，需要的原材料大约为700Kg-900Kg，如果能够将材料利用率提高两个百分点的话，每辆车就能节约15Kg-20Kg的原材料，单车的成本降低大约在100元左右，这个对于一个年产量十万的车型来说，材料成本就能节约上千万。在当今汽车行业竞争日益激烈的市场环境下，显然具有着十分重大的意义！

2 汽车冲压件提高材料利用率的方法

汽车覆盖件的材料利用率主要由三个环节决定：第一是车身设计环节，这个环节从先天上决定了冲压件的材料利用率，车身一旦定型，后期最大的手段就是从冲压工艺角度优化，因此该环节可以从零件的造型，拆分零件等方案考虑;第二是覆盖件模具开发环节，通过工艺的优化、套料、开卷落料、使用成型工艺、零件对拼等方案来提高材料利用率，该方法提升效果非常显著;第三是模具调试环节，此环节相对调整量最小，但效果很直观。

2.1 车身设计环节提高材料利用率：

2.1.1 消除产品突出位置。

通过减小或去除零件凸兀造型，可改善因零件局部凸点影响材料利用率的问题。为保证零件质量，CAE分析线距产品边缘要做到8mm左右，若能在产品上局部做出修改（去凸点造型），就能将板料宽度尺寸整体减小，按现在板料宽度为800计算，若减小20mm，材料利用率大约能够提高1.8%.

2.2.2 拆分零件

覆盖件中，为保证白车身的要求，有些零件造型局部突出很大，但又无法消除该造型，该种情况建议将零件拆分，采用焊接连接。当然这要从整个模具、检具、夹具的成本来考虑，如果汽车生产的批量不大，拆分以后由于工装成本增加，会得不偿失，但是如果零件使用的材质好，生产批量大，拆分对于降低成本是很显著的。

2.2覆盖件模具开发环节提高材料利用率：

在覆盖件模具开发环节，主要是基于精确地有限元分析，通过AutoForm或Dynaform对产品做出精准分析，根据零件的成型性能，选择最合适的成型方式;对于落料，进行最省材料的排样，在保证零件质量前提下选择最少材料和制造成本最低的方式进行生产。

2.2.1 在沖压工艺设计时采用开口拉延

某冲压件，在冲压方向上零件高度达到200mm以上，同时中间相对平缓，该情况下若使用封闭拉延会使生产板材尺寸很长，使用开口拉延能在很大程度上减小板材长度，提高材料利用率. 使用封闭拉延时板料尺寸为1850*795，使用开口拉延时板料尺寸为1700*795，材料利用率提高了4.5%。使用开口拉延能在很大程度上减小板材长度，提高材料利用率。

2.2.2 拉延槛的使用

将拉延筋改为拉延槛，可增加板料的控制距离，当然拉延槛也存在它的局限性，拉延槛主要用于材质性能较好的普板拉延，并且产品在压边圈上时无法使用，同时模具调试时对钳工水平要求很高。

2.2.3零件对拼距离最小化

工艺设计中，左右件合模的冲压工艺方式很常见，该方式能提高零件的材料利用率和降低后期的生产成本（压机的冲压成本和人工成本）。零件使用左右件对拼，对拼时中间的搭边距离应做到最小，根据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足够，15mm主要针对于高强度厚板）。同时设计过程中要根据CAE分析情况对左右件的拼接角度进行调整，从而使零件拼接方向上的板料尺寸做到最小。

2.2.4尽量使用成型工艺

汽车覆盖件的冲压过程中，成型工艺比拉延工艺要节约材料，对于简单的零件一般都会使用成型工艺，但是对于零件顶面形状相对复杂的零件，为保证零件的质量，普遍选择拉延，该情况下，应多进行CAE分析，做出多种方案，进行理论上的各种尝试，尽量将拉延改为成型，即简化模具结构和工序内容，又降低了模具工装成本，同时也极大的提高了材料利用率。但在成型工艺的使用过程中零件刚度会有所下降，需要根据零件具体的强度要求和技术标准采用。以某车型纵梁为例，采用拉延工艺材料利用率为70%左右，在使用成型工艺后材料利用率提升至85.75%。

2.2.5开卷落料模的使用

现在汽车的产量一般都达到几十万台，通过增加开卷落料模能够极大程度的提高材料利用率，虽然会增加工装成本和冲压成本，但是在产量增加以后，节约的材料还是很可观的。

2.3 覆盖件模具调试环节提高材料利用率：

模具最终调试过程中，在满足零件质量前提下可以适当的缩减板料尺寸，如下图所示，在生产过程中根据产品的位置，直接减小板料尺寸，将封闭拉延改为开放式拉延，或者将压边圈压料成型改为上下模直接压合成型。

3 结束语

从上面可以看出，提高材料利用的方法有很多，在设计前期，调整方法很多且效果非常显著，在生产后期，相对来说会困难。所以，材料利用率的提升在车身设计和模具开发前期十分重要（即前期SE和DL图设计时），只有先天具备优势，才能更好达到提高材料利用率的效果。

在竞争激烈的市场经济条件下，成本和质量永远是一个矛盾体，在满足质量要求下，最大限度的降低成本是企业的生存之道;去除质量浪费，以最低的成本做出最好的产品，是永远的追求。

参考文献

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[2]叶立渊，吴会龙，宛仕超. 利用多种途径提高整车冲压件材料的利用率[J].模具制造，2011，11（2）.

[3]张剑. 汽车覆盖件冲压工艺优化方法研究[D]. 南京航空航天大学，2012.