浅谈车身钣金材料利用率提升方案研究

秦亚浩　陈文波　王少亚　廖小刚

摘 要：本文主要介绍了整车开发周期（即造型，产品设计，工艺设计，现场调试，生产调试等阶段），通过与各模块专家进行探讨，以具体的方案进行分析归纳总结，为整车冲压材料利用率提升提供一种思路，对车身冲压材料利用率提升具有指导意义。

关键词：冲压 材料利用率提升

1 引言

随着中国新能源汽车的快速崛起，各个汽车厂家竞争也逐渐激烈，如何使用相同的成本生产更高质量的汽车成为重中之重，针对一台整车，冲压零件使用率高占60%以上，而原材料费用占钣金开发成本的70%左右，具统计整车材料利用率每提升1%，整车成本可以节约50元左右，因此材料体用率的提升对于如何在相同成本下开发更高质量的汽车具有十分重要的意义。

本文从整车开发周期（即造型，产品设计，同步工程SE与工艺设计，现场调试，生产调试等阶段）对材料利用率提升以具体的案例进行分析。

2 整车开发周期材料利用率提升案例

2.1 造型阶段方案

造型阶段，在保证整车风格的情况下，通过调整制件材料利用率决定点分缝来提升材料利用率，下面以侧围与后背门外板进行阐述。（表１）

2.2 产品设计阶段

1）产品设计阶段充分考虑材料利用率，模检具工装，焊装夹具等，对产品制件进行合理的拆分与合并。（表２）

2）产品设计在不影响功能性的情况下对结构件冲压件边界位置进行调整，进一步提升材料利用率。（图１）

以产品某结构件为例。

2.3 同步工程阶段以及工艺设计阶段

2.3.1 生产钣金板料改善提升材料利用率

1）设计初期阶段需充分了解汽车生产基地开卷落料线设备，冲压制件板料尺寸尽可能满足开卷落料设备，原因如下；

普通板料相比开卷落料存在长度限制，因此产生废料远远大于开卷落料，开卷落料可以极大提高钣金的材料利用率。（图２）

2）弧形料，梯形料以及锯齿料片的使用提升材料利用率

同步SE分析阶段依据制件形状选择合适的料片可以极大的提高制件的材料利用率；下面重点阐述有利于提升材料率的三种板料，即弧形料，梯形料以及锯齿料；

2-1）弧形料

如机盖外板，前后均存在弧度，可以考虑采用弧形料，在同等卷宽的情况下，极大的缩减了步距，从而提高了材料利用率，以某主机厂抽取10款车对比结果为例，材料利用率平均可以提升6%，单件节省5.57元，按主机厂年车100万台/年，进行粗算仅机盖外板单年节约557万，10年节约成本约5000万；（图３）

2-2）梯形料

原理与弧形料一致，不再进行特殊说明；一般门外板以及翼子板，后背门内外板会采用梯形料。

2-3）锯齿料片

依据成型CAE分析结果，在不影响成型的情况下，板料边界设计锯齿状，相临两片板料的交接位置会节省材料，单件节约0.5%;锯齿料片如图４所示（顶盖外板板料）

3）板料采购阶段

常规板料卷宽最大偏差为10mm，把卷料边缘变更为修边边缘（±1mm），可以很好的提高材料利用率；但需采购部门与供应商协商卷料边缘变更为修边边缘费用；

卷料外圈以及内圈包装时表面质量问题无可避免的会产生，同时开卷落料生产时为保证品质头尾需剪切15mm，整体损耗约1.5%左右，因此在满足生产线以及运输的情况下，合理的提升卷寬重量，可以很好的提升钣金材料利用率。

4）板料排布阶段

板料排样时考虑错排工艺，不同零件混合等排布方法进行排样，有利于提升材料利用率；如下图所示，采用错排工艺后，相比单排工艺材料利用率提升21.7%；（表3）

5）板料废料收集再利用

充分结合整车结构件，确认结构件零件板料尺寸，对于满足车身结构件板料尺寸的落料模废料进行收集，以侧围为例，如侧围图示四处位置废料用于生产车身结构E类件（尾灯安装板固定总成零件），预估可以节约材料6kg，单件节约48元；（图5）

2.3.2 工艺设计阶段改善

1）合模工艺

合模工艺即对称零件或者特殊零件共用一张料片进行生产，在提升材料利用率的同时可以降低模具工装成本，提高设备效率；如下表4所示；

2）浅拉延工艺

工艺设计时，需充分考虑制件成型的可能性，在拉延设计阶段采用浅拉延工艺可以很好提高材料利用率，下面以车门锁加强板进行说明（图6）

方案说明：展开后，没有立墙处，且成型相对容易，无需更多送料保证成型性，材料利用率提升29%

3）开口拉延的使用

开口拉延的出现是为提升材料率而出现的一种方法，工艺设计时，需充分对比制件出现的问题以及对产品功能性是否有影响，如无影响，优先使用开口拉延工艺，常用的为机盖内板，热成型件，以及梁类件等；开口拉延分为：半开口拉延以及全开口拉延，开口拉延主要节省开口位置废料，如图7所示。

2.4现场调试阶段

1）料片尺寸在设计阶段因为需考虑机床设备波动，调试波动等，因此设计时料片尺寸存在裕度，生产时结合制件精度，成型质量，以及制件稳定性等因素，综合对比后对理论料片尺寸裕度进行压缩，可以进一步提升材料利用率；

2）生产阶段发现产品缺陷，会导致制件报废，降低材料利用率，设计研发部门需依据现场反馈问题建立平台化数据库，避免问题重复发生，进而降低制件报废率，从而提升材料率。

3 结束语

综上所述，车身钣金制件在整车制造过程，材料利用率均存在提升空间，伴随着整车各个模块人员能力提升以及设备功能性完善，材料利用率会进一步提升；

冲压工程师需在产品设计阶段开始阶段需将材料利用率作为一个重点工作，从源头开始解决钣金材料浪费问题，同时不断探索研究新的工艺，新设备，持续提升材料利用率，以相同的价格打造更高品质的汽车。

参考文献：

[1]材料利用率控制方法的探讨.知网【引用日期2016-11-09】．

[2]06年《企业经济统计学》.最新笔记（五） 自考365．

[3]赵田英. 浅谈提高原材料提升方法.装备，制造技术.2013．

[4]周理德. 机盖内外板材料利用率提升方案．