為了提升白車身覆蓋件的材料利用率，降低白車身沖壓原材料費(fèi)用，選取淺拉延、開口拉延、拉延檻、嵌套沖壓、余料利用5種新技術(shù)進(jìn)行介紹，并與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對(duì)比分析，指出新工藝的優(yōu)勢(shì)所在。通過(guò)采用這5種新工藝方案，自制沖壓件材料利用率得到了有效地提升，顯著降低了沖壓件材料成本，為白車身覆蓋件材料利用率的提升提供了參考和借鑒。
目前白車身制造成本在整車制造成本中占比約40%，通過(guò)降低白車身制造成本來(lái)削減整車制造成本是各大汽車制造商正在努力的方向。白車身制造成本主要由材料費(fèi)、加工費(fèi)和工裝折舊費(fèi)三部分構(gòu)成。其中，沖壓材料費(fèi)約占70%以上，而構(gòu)成白車身的沖壓件，其絕大多數(shù)材料利用率不足60%。某些內(nèi)部設(shè)計(jì)有較大孔洞的大型覆蓋件，如側(cè)圍外板、帶窗框的門板、兩廂車的尾門內(nèi)外板等，其材料利用率甚至不足50%。綜上，通過(guò)提高白車身沖壓件的材料利用率，來(lái)削減白車身的制造成本，不僅是降低整車物料成本、提升銷售價(jià)格優(yōu)勢(shì)的一條行之有效的途徑，同時(shí)也是沖壓工藝規(guī)劃人員優(yōu)先考慮的任務(wù)。文章分別從淺拉延、開口拉延、拉延檻、嵌套沖壓和余料利用5個(gè)方面介紹提升白車身覆蓋件材料利用率的沖壓工藝方案。 淺拉延 拉延是覆蓋件成型常用的沖壓工藝方法，具備生產(chǎn)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，并能最大限度地增加材料的加工硬化量，保證材料塑性變形充分。但傳統(tǒng)的常規(guī)拉延工序由于設(shè)定的工藝補(bǔ)充面較多，拉延深度較高，存在較大的材料損失，材料利用率普遍不高。而淺拉延作為一種盡量減少工藝補(bǔ)充面、合理削減成型深度的沖壓工藝方法，成為提升材料利用率的一項(xiàng)重要手段。 在保證制品外觀質(zhì)量、尺寸精度合格以及成型充分的前提下，可以考慮使用淺拉延工藝，必要時(shí)可直接將制品的法蘭邊作為壓料面，使其拉延深度最小化。圖1示出某轎車左側(cè)圍外板拉延工序數(shù)模，該制品采用常規(guī)拉延工藝。圖2示出某SUV車型左側(cè)圍外板拉延工序數(shù)模，該制品采用淺拉延工藝。圖1和圖2中，黑色為制品，綠色為工藝補(bǔ)充面，藍(lán)色為制品翻邊法蘭，紅色為修邊線，橙色為分模線。以頂蓋搭接處為例進(jìn)行說(shuō)明，工藝補(bǔ)充面所需材料的多少由拉延深度（H）、制品修邊線與凸模圓角之間的距離（D）決定。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于常規(guī)拉延，制品修邊線位于分模線以內(nèi)，即制品形狀全部在凸模之上，H值和D值相對(duì)較大，從而不可避免地造成較大的工藝補(bǔ)充面存在。對(duì)于淺拉延，制品修邊線位于分模線以外，翻邊法蘭落在壓料面之上，有效地降低了H值，D值也隨之減小，非常明顯地縮減了工藝補(bǔ)充面，材料利用率有了很大程度的提升。相較于常規(guī)拉延，淺拉延工藝的運(yùn)用可以使側(cè)圍外板材料利用率提升2%左右，單車材料成本削減7~8元。 開口拉延 覆蓋件拉延成型通常需要一定的剛性壓邊力來(lái)控制材料的流動(dòng)趨勢(shì)及速度。對(duì)于大多數(shù)覆蓋件而言，需在四周全部設(shè)置壓邊力方能滿足拉延成型，即封閉式拉延。而對(duì)于個(gè)別造型特殊的覆蓋件，拉延成型時(shí)，可在局部不施加壓邊力，使該部位材料自由成型，以此來(lái)減少工藝補(bǔ)充面，提高材料利用率，這種沖壓工藝方案稱之為開口拉延。 該制品將備胎倉(cāng)開口部的拉延設(shè)計(jì)成開口形式，開口拉延區(qū)域的材料起始位置位于拉延凸模之上，僅需沿制品修邊線往外延伸20mm即可獲得該區(qū)域拉延成型所需的工藝補(bǔ)充面，而拉延凸模側(cè)壁及壓料面均無(wú)需設(shè)置工藝補(bǔ)充面。由于后地板備胎倉(cāng)部深度達(dá)到180mm，故通過(guò)開口拉延可以大幅度減少工藝補(bǔ)充面，提高材料利用率。圖3所示后地板調(diào)試穩(wěn)定后的最終實(shí)際材料利用率為86%，相對(duì)于封閉式拉延，材料利用率有了很大的提升。 拉延檻 沖壓模具拉延筋主要有圓筋、方筋和拉延檻3種形式。一般來(lái)說(shuō)，圓筋尺寸較大，所提供的拉延進(jìn)料阻力較小，通常用于成型深度較大，材料流入量較多的制品；方筋尺寸次之，能夠產(chǎn)生大于圓筋的進(jìn)料阻力，材料流入量較少，通常用于車門外板、頂蓋外板等外覆蓋件的脹形成型；拉延檻尺寸最小，相較于圓筋和方筋彎曲更為劇烈，所提供的拉延進(jìn)料阻力最大，材料幾乎不流動(dòng)或流入量極少，適用于曲率較小、造型平坦、成型深度淺的覆蓋件成型。 拉延工藝設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下，可優(yōu)先選用拉延檻，使壓料面廢料尺寸最小化，從而提高材料利用率。同時(shí)，可利用制品自身特點(diǎn)，利用制品附帶的筋、檻等形狀作為拉延檻，以此省去拉延檻，最大限度地優(yōu)化材料利用率。圖4示出某轎車發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板拉延模結(jié)構(gòu)局部斷面圖，該拉延模采用了拉延檻結(jié)構(gòu)，最終實(shí)際材料利用率達(dá)到了68%。 嵌套沖壓 某些大中型車身覆蓋件出于整車裝配的需要，常常在其內(nèi)部設(shè)計(jì)較大的孔洞（如帶窗框的門板、帶天窗的頂蓋、兩廂車的尾門等）�？锥床课徊牧显诶訒r(shí)參與成型，在后工序中作為廢料切掉，存在較大的材料浪費(fèi)，材料利用率較低。為了充分利用孔洞部位的材料，可將一些小的結(jié)構(gòu)件嵌套于大型覆蓋件廢料區(qū)域，與大件共用同一套模具進(jìn)行沖壓生產(chǎn)，這種提升材料利用率及削減工裝開發(fā)的加工方式稱為嵌套沖壓，俗稱模套模技術(shù)。 圖5示出某SUV車型尾門上外板與發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板加強(qiáng)板嵌套沖壓示意圖。由于二者材質(zhì)同為JAC270D-45/45，且料厚一致，均為0.6mm，故在車身開發(fā)與沖壓工藝規(guī)劃時(shí)，考慮將二者進(jìn)行嵌套沖壓。該車型尾門上外板風(fēng)窗部開口尺寸為913mmX401mm，發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板加強(qiáng)板輪廓投影尺寸為618mmX252mm，其單獨(dú)拉延成型落料材尺寸約為720mmX360mm，小于尾門上外板風(fēng)窗部開口尺寸，滿足嵌套沖壓邊界條件。 嵌套沖壓模具3D結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示。表1示出尾門上外板和發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板加強(qiáng)板分別單獨(dú)沖壓與嵌套沖壓2種工藝方案的對(duì)比情況。通過(guò)對(duì)比分析可知，利用嵌套沖壓技術(shù)不僅可以大幅提升材料利用率，還可以在一定程度上減少?zèng)_壓模具數(shù)量，從而削減新車型工裝的開發(fā)費(fèi)用。 余料利用 對(duì)于側(cè)圍外板、雙天窗頂蓋外板、帶窗框的門外板、尾門內(nèi)外板等大型覆蓋件，在落料加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多邊角料。這些邊角料由于未發(fā)生塑性變形，可以直接用于沖壓加工。通過(guò)收集這些邊角料，作為某些小型制件沖壓加工的原材料，使落料加工中的廢料得到二次利用。這種廢料再利用技術(shù)稱為余料利用，又稱套材技術(shù)。 圖7示出某SUV車型左側(cè)圍外板余料利用示意圖。側(cè)圍外板在開卷落料時(shí)會(huì)產(chǎn)生6塊剪切廢料，其中2塊廢料尺寸較大。如果不加以利用，這部分材料就會(huì)被白白浪費(fèi)。為了提高材料利用率，可對(duì)側(cè)圍外板前、后門洞內(nèi)2塊廢料進(jìn)行統(tǒng)一收集，將其用于生產(chǎn)同等材質(zhì)和相同料厚的小型制件，如翼子板安裝支架、加油口蓋外板、尾燈固定板等。 此外，余料利用還可以采用以下原則： 1）利用高強(qiáng)度等級(jí)的材料替代低強(qiáng)度等級(jí)的材料； 2） 利用高拉深等級(jí)的材料替代低拉深等級(jí)的材料； 3） 在同等材質(zhì)的前提下，利用厚度大的材料替代厚度小的材料； 4）若制件重要等級(jí)較低，則可考慮利用強(qiáng)度等級(jí)略低、厚度略小的材料進(jìn)行替代。 結(jié)論
在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的汽車制造業(yè)發(fā)展中，不斷降低制造成本是汽車制造商獲得利潤(rùn)的重要途徑。因此，提升白車身覆蓋件的材料利用率是當(dāng)前技術(shù)條件下汽車制造企業(yè)核心的降本增效手段。目前，世界范圍內(nèi)先進(jìn)汽車制造企業(yè)的白車身覆蓋件的平均材料利用率可以達(dá)到70%，而國(guó)內(nèi)汽車制造企業(yè)的材料利用率僅為50%左右，存在較大的提升空間。通過(guò)運(yùn)用文章所介紹的淺拉延、開口拉延、拉延檻、嵌套沖壓、余料利用等沖壓工藝方案，白車身覆蓋件材料利用率得到了明顯提升，且領(lǐng)先國(guó)內(nèi)同行業(yè)水平。