剖析如何提高汽车结构件材料利用率

支明远，孙 林

（江铃汽车股份有限公司车架厂，江西南昌 330001）

1 引言

在汽车市场竞争日益激烈的今天，汽车销售价格逐年下降，车企若想获得市场竞争优势，必须要降低汽车制造成本才能确保销售利润，因此，降本已成为企业生存发展的主旋律。对于冲压件成本占整车成本20%以上的冲压厂，原材料成本占冲压件总成本的60%～70%，提高原材料利用率就成为降本的关键。而汽车结构件由于板材厚，如何优化工艺对于降本就显得尤为突出。

2 总体思路

以皮卡车型为例，结构件重量为180kg，按材料利用率提升1%来计算，单台定额就可以降低1.8kg，按照目前市场原材料6元/kg，单台车就可节约原材料成本10.8元。如果每台车都可以降低10.8元，按年产销预测33万台计算，就可为企业节约原材料成本356.4万元。由此可见，提升材料利用率能够给企业节约非常大的成本。汽车结构件主要有纵梁件、横梁件、摆臂件及副车架件等，相对于覆盖件来讲板材更厚且材料都是热轧酸洗板，冲压件造型相对简单且尺寸大小相差较大。同时结构件由于板材厚，相对薄板件，具有屈服强度波动大、厚度公差大、表面质量差材料力学性能不稳定，并且材料延伸率低成形易硬化等缺陷，CAE分析数据与实际情况会存在较大误差。针对结构件这些特点并结合结构件降本的经验，除了传统的排样降本，还可以从以下几个方面来提升材料利用率：①浅拉伸件来料尺寸优化；②带法兰面的U型件来料尺寸优化；③冲裁废料再利用；④根据装配关系进行来料尺寸优化；⑤落料改为开卷落料，如图1所示。

图1 提高结构件材料利用率的总体思路

3 提高结构件材料利用率的方法

3.1 浅拉伸件来料尺寸优化

浅拉伸件，以某宽商务车型的下缘前加强板为例，冲压件原设计的成型工艺为闭口拉伸成形（见图2），需要的工艺补充料较多，后序修边将工艺补充料裁剪形成最终冲压件，由于压边较多使材料利用率受到限制。经分析，该冲压件上部拉伸深度较浅，修边幅度较大，最终冲压件如图3中A部分（浅色部分）。采取的方案：在冲压件上部由于拉伸时板料流动不大，取消上部的压边筋，尝试将该件的拉伸方式由之前的闭口拉伸改为开口拉伸，减少上部压边量，冲压件质量方面将重点关注起皱和开裂。通过工艺验证，来料尺寸可由之前的415×1,560mm优化至390×1,560mm，材料利用率由之前的43.29%提升至46.06%，材料利用率提升2.77%。

图2 改善前为闭口拉伸成形工艺

图3 改善方案-减小上部压边量改成开口拉伸

3.2 对带法兰面的U型件的材料利用率提升

以某款商务车中段纵梁为例，都是带法兰面的U型件结构，都是5工序：OP10落料+OP20拉伸（见图4）+OP30修边（见图5）+OP4侧整形+OP50冲孔侧冲孔。由于冲压件有侧整工序，材料成本存在优化的机会，可以结合OP10拉伸成形的回弹量、OP20修边工序的修边量以及OP30侧整量来对来料尺寸进行优化。通过工艺验证，来料尺寸可由之前的465×1,530mm优化至450×1,530mm，材料利用率由之前的69.9%提升至72.2%，材料利用率提升2.3%。因此，针对此种类型的U型件，本身工艺在前期开发时就可以考虑此方案来提升材料利用率。

图4 FV406-OP20拉伸成形工序

图5 FV406-OP30修边工序

3.3 冲裁废料再利用

废料再利用即把本来冲压当做废料的部分，通过重新收集起来经过简单的剪切加工就可以作为另外一个件的原材料来进行使用，尤其对于那些相对较大的废料，利用价值更高。随着新车型不断增多会开发很多新的冲压件，可以根据废料的尺寸大小、材料牌号、材料厚度来对材料定额进行筛查以确认废料是否可以再利用。排查过程中发现某皮卡纵梁外板中段（材料牌号B420L，料厚t=2.5），OP10落料冲孔：为1落3，最后1块整体废料是一块很大的废料，废料最大长宽尺寸为980×218mm，经过二次剪切加工，可以作为FT555/6第八横梁下部左右加强板的原材料使用（来料毛坯尺寸为760×215mm），如图6所示，单台可节约原材料定额1.28kg。类似于这种大的废料首先考虑是否能回收利用以提高材料利用率。

图6 纵梁落料冲裁废料再利用

3.4 根据装配关系进行来料尺寸优化

以某皮卡车型纵梁内板中段为例，纵梁内板中段与纵梁内板前段搭接位置为满焊，如图7所示，焊接装配公差要求不是很高，公差要求为±1mm，在满足纵梁总成焊接需求的情况下，将现有此位置的封闭式落料改成不冲裁的开放式定位落料（见图8）也能充分满足装配公差等级要求。原来料长度尺寸为1,930mm，优化后的来料长度尺寸为 1,915mm，材料利用率由之前的75.38%提升至75.97%，材料利用率提升0.59%。同理对T601/2/3/4/5/6/7/8纵梁内外板中段进行了更改，改善前后材料利用率提升，如表1所示。

表1 改善前后材料利用率提升

图7 纵梁内板前段/后段装配图

图8 纵梁端头不修的落料方式

3.5 落料改为开卷落料

对于落料形状不是很规则的制件，将单个落料改为开卷落料可以大大提升材料利用率，以某商务车型摆臂为例，如图9所示，原设计是单独的落料模，排样方式为1落2，来料尺寸为：650×550×4mm，如图10所示，材料利用率为57%。通过改成开卷落料（见图11），尺寸优化为640×C×4mm，材料利用率由之前的57%提升至66.6%，材料利用率提升9.6%。

图9 某商务车摆臂

图10 摆臂一落二排样落料

图11 将原有的落料改为开卷落料

4 结束语

在汽车市场竞争日趋激烈的背景下，如何降低公司运营成本是提升车企市场竞争力的关键，正是在这种大形式、大环境下，各大车企都在大力实施降本策略。对于冲压件成本占整车成本20%以上的冲压厂来说也承担着更大的降本比例，同时冲压件成本中原材料成本就占到60%～70%，更需要不断突破、创新思路、深入挖掘出更多的降本提案来提高原材料利用率以降低生产成本。