汽车产业面临转型变革。 汽车制造商要想在激烈的竞争中立足，降低成本势在必行。 从整车的制造成本来看，汽车白车身占整车的35%~50%，冲压件占白车身构成的90%。 因此，提高冲压件的材料利用率对于降低整车成本具有重要意义。 非常有意义。 根据行业现状，当利用率达到52%时，提升难度将成倍增加，这就需要研发人员在整个研发周期投入大量精力，针对提高材料利用率进行专项研究。
材料利用算法
材料利用率是衡量材料合理使用的经济指标。 它从经济角度反映了物质节约程度。 下式中，ψ代表材料利用率，其计算方法如下：
Ø重量计算方法：
ψ=M1/%
式中，M1——产品重量； M2——毛坯重量。
Ø车辆材料利用率：
Σ=Σ各部分重量/Σ各部分毛坯重量x100%
=(130+220)/(220+412)x100%
=55.38%
材料利用率改进流程
2.1 提高同步工程材料利用率的标准流程
▲同步工程中提高材料利用率的标准流程图
2.2 提高同步工程材料利用率的研究方法
▲提高同步工程材料利用率的研究方法图
提高模型阶段材料利用率的方法
按照车身研发的顺序，冲压同步项目主要包括模型阶段的两类工作：①． 主模型（CAS面）制造可行性分析； ②. 回顾主体部分的重要结构。
3.1 CAS表面冲压成形分析
CAS（A，初步汽车造型表面）的主要工作是对油泥模型及其接缝和外观特征脊线进行制造可行性分析。 在满足造型理念的前提下，尽量避免急剧变化的曲面和尖锐突出的棱角。 同时，接缝线应尽可能柔和。 接缝后的零件尺寸应控制在常规钢材采购规格范围内。 这些都有利于材料的利用。 推动。
下图是一个项目，发动机罩和翼子板之间的接缝线太尖锐。 在满足发动机罩外板包边条件的前提下，将缝线向翼子板方向调整40mm，使其平滑过渡。 由于发罩外板是弧形片材，调整对其影响不大。 护舷的这一点恰好是材料利用率的控制点。 在靠近发罩的一侧，翼子板一侧至少可以节省20mm的板材，这样材料利用率就会大大提高。
▲发膜与挡泥板接缝的调整
常规钢材的最大尺寸一般控制在以内。 第一种方案是将发膜外板的送料方向改为宽幅方向。 虽然能满足常规钢带的要求，但由于内外板不能采用同种材料，整体材料利用率低，且必须为内板开冲裁模。 虽然第二种方案允许发罩内外板采用相同材料，不仅节省了模具成本，而且提高了材料利用率，但成型后的钢带超出了常规钢材规格，其采购成本大幅增加。 需要根据生产情况综合选择。
▲发动机罩尺寸超过钢材规格
3.2 主要断面冲压成形分析
在主体断面设计阶段，车身CAS曲面已逐步完善，整车尺寸、车身空间结构、内外饰件总体安装形式已基本确定。 现阶段提高材料利用率的策略主要包括以下两个方面：①． 减少产品成型深度，提高材料利用率； ②. 合理划分和组合产品，提高材料利用率。
下图为某项目屋顶后梁成型深度减小以提高材料利用率的案例。 优化前顶盖后梁成型深度为28.5mm。 通过孔安装面的优化，将产品的成型深度合理降低至20mm。 这不仅大大提高了产品的成型性，而且大大提高了材料利用率。
▲减少产品成型深度，提高材料利用率
下图为调整后尾灯罩外侧板和内板零件位置以提高材料利用率的示例。 改装前的后尾灯罩内板成型工艺相当复杂，材料利用率较低。 现在拐角处的翻边分为侧外板，对其材料利用率和成型性影响不大； 而后尾灯罩内板的成型性则显着提高，材料利用率大幅提高。
▲产品合理分件，提高材料利用率
工程阶段提高材料利用率的方法
随着白车身数据成熟度不断升级，研发人员习惯将工程阶段细分为工程早期、工程中期、工程后期三个阶段。 事实上，这三个阶段提高材料利用率的方法大体是相同的。 为了更好地体现同步工程的策略，在工程前期，我们重点优化钣金结构钢材的回收利用率，提高材料利用率； 工程中期，我们重点优化钣金工艺，提高材料利用率； 在工程过程的最后，重点是优化模具结构以提高材料利用率。
4.1 优化钣金结构
工程前期，工程主体部分刚刚冻结，整车尺寸、空间结构、零部件分割等正在逐步完善。 考虑到现阶段数据成熟度不高，我们重点优化钣金结构，提高材料利用率。 具体优化方法包括以下六种形式：
1）合理分割或组合钣金件；
2）合理选择钣金与周边零件的配合方式；
3）优化钣金外边界，减少局部突出形状；
4）通过局部优化将自焊件改为冲压件；
5）优化板料局部结构，将拉深工艺调整为成形工艺；
6）优化板材局部结构，采用激光拼焊工艺。
下图为某车型左、右后纵梁盖与中地板、后地板一体成型，提高材料利用率的案例。 组装前的产品共有4个，整体材料利用率较低。 零件组合后，就成为钣金件。 需要取消左右后纵梁盖上的台阶，使板材完全满足冲压成形要求。 组装后，后地板的材料利用率达到66.7%，比前四款产品的材料利用率高出12%。 结果非常显着。
▲ 钣金件合理装配，提高材料利用率
下图为某车型改变左右前纵梁内外板的配合方式，以提高材料利用率的案例。 左右前纵梁的内外板原设计为高低梁结构。 这种结构因法兰高低而浪费材料，导致整体材料利用率低。 现在两个配合的“J”形件的深度控制在同一水平，可以有效控制产品质量，降低制造成本，并大大提高材料利用率。
▲合理选择钣金的搭配方式
下图为某车型左右前纵梁内板减少局部凸出形状以提高材料利用率的情况。 从材料利用角度来看，左右前纵梁内板和导流板底部加强板的定位不合理。 前纵梁内板角部凸出形状对工艺方案的布置和毛坯形状的尺寸起着至关重要的影响。 现将前纵梁内板位置向汽车前进方向移动40mm，材料利用率可提高4.9%。
产品名称
原料利用率
提高材料利用率
提高利用率
单车节省车牌
左、右前纵梁内板
51.3%
56.2%
4.9%
0.652公斤
▲优化钣金边界，减少局部突出形状
下图为某项目将焊接工艺改为冲压工艺以提高材料利用率的案例。 自焊件强度差，焊接工序多，浪费材料。 自焊接件改为冲压件，通过冲压CAE（Aided，计算机辅助工程）分析提出局部产品优化建议，使其能够冲压成型，不仅提高了材料利用率，还减少了成本。板焊接成本。
▲由焊接件改为冲压件
下图为某车型门槛加强板端部结构优化的案例，将原来的拉深工艺改为成型工艺，以提高材料利用率。 门槛加强板由于其封闭式结构，只能采用传统的拉深工艺。 通过修改端部结构以满足成形工艺要求，不仅提高了材料利用率，而且大大提高了产品成形质量。
产品名称
原料利用率
提高材料利用率
提高利用率
单车节省车牌
左、右前纵梁内板
51.3%
56.2%
4.9%
0.652公斤
▲优化钣金结构，采用成形技术
下图为某车型前门内板采用激光焊接技术，提高材料利用率的案例。 传统的前门内板结构是前门内板的前段和后段点焊的结构。 两件分开生产，工艺辅面浪费较高，导致材料利用率低。 该项目前门内板采用拼焊结构，材料利用率提高4.8%。
▲激光焊板的使用
4.2 优化钣金工艺
中期工程阶段的重点是利用模具制造标准进行冲压分析，检查产品的每个细节，在满足车身功能和产品成形性的前提下，优化产品结构和生产工艺，提高材料利用率。 此阶段主要侧重于优化钣金工艺，提高材料利用率。 具体方法包括以下六种形式：
1）采用左右件合模工艺； 在满足产品成型性的前提下，将左右两件对称拼接在一起冲压而成，然后按后续顺序切割分离成左右两件，不仅节省了模具套数而且还大大提高了材料利用率；
2）采用摆剪技术； 为了满足产品的成型性，常规的方形材料需要进行预处理，例如使用摆剪设备将材料的边角剪掉，或者使用弯刀将材料切割成弯曲的形状。
3）采用开放式绘图工艺； 大多数梁部件都可以采用开式拉深工艺代替传统的闭式拉深工艺。 开孔可有效减少拉延补面，从而提高材料利用率；
4) 绘图台的使用； 覆盖曲率较小或深度较浅的零件，采用阻力系数最大的拉延台，以防止外边界材料流入模具内。 该产品主要依靠内部胀形获得形状稳定、刚性好的拉深件。 。 拉延台能有效阻止板材流动，并使其内部充分鼓起，以达到提高材料利用率的目的。
5）布局技术的运用； 多个不规则形状的毛坯按照其几何特征有序排列在带材上。 合理有效的布局不仅可以提高生产效率钢材的回收利用率，而且可以提高材料利用率。 速度。
6）套料技术的运用； 侧板、挡泥板、带天窗的车顶等产品存在大量废弃物。 可以考虑“嵌套技术”来回收废物，甚至可以尝试“模中模”技术来进一步改进。 材料利用率。
下图为某车型前门外板采用左右成型工艺，提高材料利用率的案例。 前门的外板通常采用单一拉延工艺生产。 现在左右两部分对称拼接在一起并冲压，然后切割分离成左右两部分。 与传统工艺相比，左右合模工艺不仅可以节省模具套数，而且可以大大提高材料利用率。
▲传统单次拉深工艺▲左右件成型-双次拉深工艺
产品名称
单次拉丝工艺
拉拔工艺
提高利用率
保存图板
公斤/套
材料尺寸（毫米）
利用率
材料尺寸(mm)
利用率
前门外板
1300*920*0.7
64.1%
2400*915*0.7
69.9%
5.8%
0.749公斤
▲左右件采用合模工艺
下图为某车型后备箱内外板采用梯形材料，提高材料利用率的案例。 梯形材料采用旋转对接方式，有效避免了边角料的浪费，能有效提高材料利用率。
▲摆剪机-梯形材料的运用
下图为某车型发动机罩内外板采用曲面材料，提高材料利用率的案例。 弧形物料等距布置，有效避免了边角料的浪费，能有效提高材料利用率。
▲摆剪-弯曲材料的运用
下图是一个项目中使用开放式绘图流程来提高材料利用率的案例。 大多数梁零件可以使用开放式绘图而不是传统的封闭式绘图。 产品两端可以开放并自由延伸，延伸的边界可以留在产品之外。 开放式拉延可以有效减少开放侧的拉延补面，从而达到提高材料利用率的目的。
▲采用开放式拉丝工艺
下图为某车型发动机罩内外板采用拉深门槛工艺，提高材料利用率的案例。 与传统的圆形拉延筋相比，拉延筋可以提供更大的附加拉力，即具有更强的防止凸缘上的材料流入模具的能力。 小曲率或浅深度的覆盖件的成形主要依靠模具内部材料的胀形和少量凸缘材料的流入，因此可以获得形状稳定、刚性好的拉深件。 使用拉丝台可以有效减少工艺辅助件，节省材料，从而提高材料利用率。
▲拉伸阈值的使用
下图是某项目中优化钣金局部形状，使布局更加合理、有效提高材料利用率的案例。 在保证板材质量和模具寿命的前提下，重叠值越小，材料利用率越高。 修改前，图中产品采用点接触零重叠值。 不仅修边毛刺控制困难，而且整个冲裁过程的步长较长，极大影响材料利用率。 优化的排样工艺通过修改产品的局部形状，显着缩短了排样步骤，不仅提高了材料利用率，而且获得了更好的产品质量。
▲布局技术的采用
下图为某车型侧围采用风筝工艺提高材料利用率的案例。 一般情况下，后门外板、侧板外板等产品下料时产生的废料，用于制造与该钢材相同材质、相同厚度的其他车身小件，实现了原本废弃的边角料的二次利用。 以达到提高材料利用率的目的。 图中左右侧外板经过多轮CAE反复筛选，最终可重复利用7.1Kg废料。 材料利用率由使用前的46.8%提高到51.9%。 不仅提升幅度较大，而且成本降低效果也相当明显。
▲侧板废料再利用
下图为某车型掀背车门外板采用“模中模”工艺，提高材料利用率的案例。 汽车覆盖件，如上段车门内外板、窗框等，存在大块废料； 整体掀背车后门内外板、后挡风玻璃也有大块废料； 顶盖外板和天窗加强板以及天窗上有大块废料。 目前的利用方法是收集并再利用其他部件。 但在实际生产中，一方面，由于自动化设备的影响，这些废料难以回收利用； 另一方面，这些废料在回收之前具有一定的拉伸形状。 回收后可利用的面积其实非常有限。 如果我们在产品开发初期就在“门洞”处规划好废旧材料的利用，将相同材料的小零件放在“门洞”处一起设计模具，这样不仅可以最大限度地利用废旧材料，既浪费材料，又减少模具套数。 这就是“模中模”工艺的独特奥秘。
▲采用“模中模”工艺
4.3 优化模具结构
工程最后阶段，产品数据经过两轮软模数据验证，数据状态基本稳定。 此阶段主要是优化模具结构，提高材料利用率。 具体优化策略如下：
1）工艺辅面参数尽量采用最小值：在不影响产品冲压成形性能及后期合模修复的情况下，工艺辅面参数尽量采用最小值。 左图为修边线位于冲头上时推荐的最小补充面参数。 废料刀（Scrap）的强度需要结合实际拉深H和拔模角θ综合考虑。 右图为修边线位于压边圈时推荐的最小辅助表面参数。 实际拉深H和拔模角θ需要结合起来综合考虑压芯（PAD）的强度。
▲冲头上切边线的辅助表面参数 ▲压边圈上切边线的辅助表面参数
2）采用侧边修边工艺代替正面修边工艺； 在不考虑冲击线对产品的影响的情况下，遵循最小补面原则，在相同外部条件下，侧面切边比正面切边节省更多的板材（如左图）。 但由于模具结构复杂（如右图），修边工序的成本显着增加，调试难度也随之增加。 在实际生产中，需要根据产品的特点，综合权衡产品质量与成本的关系。
▲前修边与侧修边对比图 ▲左/右内墙板侧修边模具图片
3）最小分型线面积原则； 在产品冲压性能良好的前提下，采用内分型线工艺（产品凸缘在压制面上）的材料利用率高于采用外分型线工艺。 下图为左右后轮罩内板采用内分型线的案例，在保证良好的凸缘冲压质量的同时，提高材料利用率。 事实上，车门内板采用二次拉深代替整体一次拉深也是同样的原理，以提高材料利用率。
产品名称
外分型线
内分型线
评论
材料尺寸
利用率
材料尺寸
利用率
左右后轮罩内板
1230*1125*0.8
66.5%
1200*1095*0.8
70.1%
▲内外分型线工艺方案对比
4）冲裁模具共享； A）。 左右件通过前后车削共用一套冲裁模具，如左/右侧外板、左/右翼子板、左/右轮盖外板等； b). 通过CAE对内外板进行反复模拟，计算出一套常用的冲裁模具尺寸，如发动机罩内外板、掀背门内外板等。
综上所述，提高白车身材料利用率的方法有很多，在设计初期就考虑材料利用率优化是最有效的，并且能最大程度地节省成本。 这些问题甚至应该在油泥模型期间以及稍后的设计过程中考虑。 越是优化材料利用率就越困难，因此我们应该在设计初期投入更多的时间和人力。 通过组建跨部门的开发团队，采用矩阵式管理模式，实现车身工程开发与制造工艺的紧密结合。 对于提高材料利用率、降低车辆成本、有效提升品牌竞争力具有重要意义。
参考
1、汽车车身冲压模具开发同步工程关键技术研究。 程国良，谢辉。 模具技术。 2008(1)．
2、同步工程在长安汽车开发中的应用。 丽丽。 高新技术和产业化。 2006(6):68-69．
3、提高汽车车身冲压件材料利用率的研究。 曹立峰. 机械工业出版社． 2010(6)．
4、汽车覆盖件拉深工艺辅助面优化设计。 吴伯杰，蒋志。 锻造装备及制造技术。 2009，39（6）。
点击右下角原文链接加入小鹏汽车部落吧~
