探讨如何提高汽车结构件材料利用率

探讨如何提高汽车结构件材料利用率

杨通亮，郭庆铁，陶威涛

浙江长江汽车电子有限公司，浙江温州，325025

摘要:由于汽车结构件的板材厚，要想降低成本，关键就在于优化工艺和提高材料利用率，本次研究就如何提高汽车结构件材料利用率进行分析，希望可降低生产成本和提升企业竞争力。

关键词:汽车；利用率；成本；结构件；材料

    随着经济发展速度的加快，汽车的增多，汽车市场竞争也变得越来越激烈，企业要想获得竞争优势，就必须从材料利用率方面着手，降低成本保证销售利润[1]。研究以汽车结构件作为参照，就如何提高其材料利用率进行详细的探讨。

1汽车结构件存在的缺陷

    汽车结构件存在的缺陷主要表现为几点：第一，起皱。拉伸期间，因切向压应力作用会对凸缘材料产生影响，同时所受压应力超过规定值后，板料切向就会丧失稳定性发生隆起问题，这种凸缘周围出现的波浪形弯曲叫做起皱，这种起皱多发生于半圆性件或者深锥形件的制作中，因拉伸开始时，板料处在悬空状态，故很容易发生侧壁起皱。第二，拉裂。拉裂作为常见缺陷，一般分为两种，即微观拉裂、宏观拉裂，微观拉裂肉眼无法看见，宏观拉裂肉眼可见。拉伸失稳都表现为零件拉裂，拉伸变形力高于传力区材料有效抗拉强度时，材料板容易被拉破，促使需调整压料力，或者适当调整拉伸的间隙，使间隙变大，更加均匀防止拉裂[2]。第三，回弹。零件拉延成形中若发生大量弯曲变形，完成拉延后，板料在厚度方向残余的应力较大，模具闭合后，去掉残余应力和模具接触力间保持平衡的模具后，残余应力就会导致回弹。一旦出现这种问题，零件尺寸和之前原定尺寸就会出现误差。

2提高汽车结构件利用率的措施

2.1优化浅拉伸件来料尺寸

    将某款商务车型作为例子，选择下缘加强板，冲压件之前设计的成型是闭口拉伸成形，工艺补充料比较多，在后续的修边工作中，把工艺补充料裁剪成为最终冲压件，因压边比较多，导致材料利用率受限[3]。通过分析，该冲压件上位置拉伸深度比较浅，需要修边的幅度比较大，鉴于此，为提高材料利用率，冲压件上部因拉伸的时候板料流动比较小，将上部压边筋取消，闭口拉伸改成开口拉伸，冲压件质量将起皱、开裂作为重点。经工艺验证，优化来料尺寸，减少尺寸，以此提高材料利用率。

2.2提高带法兰面U型件的材料利用率

   将某款商务车中断纵梁作为例子，该结构件均是U型件结构，且带有法兰面[4]。因冲压件含侧整工具，在材料成本上可进行优化，优化可从拉伸成型的回弹量、侧整量、修边工序的修边量入手，优化上述工序来料尺寸，经工艺验证，提高材料利用率。

2.3冲裁废料再利用

    所谓废料再利用是指原本作为废料的部分，重新收集起来，通过简单剪切加工，将其制作成另外一个结构件的原材料使用，特别是利用价值高且结构较大的废料[5]。现如今随着社会经济发展速度的加快，车型种类也随之增多，在这种形势下也出现了很多新冲压件，按照废料尺寸大小、材料厚度以及材料牌号等筛查材料定额，明确废料是否能再利用。经排查发现，某皮卡纵梁外板中段中有很大块废料，通过二次剪切加工，能够当做其他结构件的原材料使用。

2.4各缺陷解决措施

针对起皱问题，若起皱发生在部件周围，可经调整压边力大小，提高气垫压力、降低平衡块高度解决；若拉伸锥形件、半球形件，需提高压力，增加拉伸筋数量，改变筋条形状，强化板内径向拉伸力；或者调整压料面间隙。针对拉裂，可调整拉伸模具压边圈平衡块高度，确保受力均衡；凹模圆角半径若过小也很容易引起拉裂，针对这种情况可加大凹模圆角半径；改变伸筋条形状以及位置，基于材料变薄率使用梯形筋条或半圆筋条。针对回弹问题，利用压料面补充成型工艺，减少拉延深度，把局部压料面加工成倾斜角，度数控制在60°左右；控制拉延距离，防止发生回弹，确保零部件质量。

2.5产品造型分块优化和工艺补充优化

    在汽车结构件中，侧围冲压件作为冲压件空间尺寸最大的结构件，其造型也是最复杂的，因此其材料利用率提高难度也非常大，侧围、后背门分块位置对整体材料利用率影响较大，因侧围成形程度比较大，造成侧围、后背门内外材料消耗也相应地增加。若对产品造型进行分开优化，可显著提高材料利用率。既往左右纵梁成形工艺是拉伸，根据其工艺和成形技术条件，优化左右纵梁工艺，优化工艺后，材料利用率明显提高。在结构件模面中工艺补充作为重要构成部分，对材料利用率产生重要影响的因素就是其造型。一般情况下，在确保产品成形的基础上，产品角度拉伸深度和压料面保持齐整，最大程度降低拉深深度，经优化，做3mm高工艺补充，减少宽度尺寸。

2.6基于装配关系优化来料尺和充分利用落料

    某皮卡车纵梁内板中段和纵梁内板前段搭接位置时满焊，基于纵梁总成焊接需求，把现有次位置封闭式落料改为不冲裁的开放式定位落料，这种方式也满足装配要求。对落料形状不规则结构件，把单个落料改成开卷落料，以此提高材料利用率。比如某商务车型摆臂，之前的设计为单独落料模，将其改成开卷落料，以此提高材料利用率。除此之外，加强仿真技术的应用，企业应加大投入，加大人才引进力度，提高计算机软件水平以及硬件水平，的确保企业可充分利用优化模拟软件，并且还应加大人才培养力度和提高工人计算机水平，使其能够满足模拟操作要求。

结束语

    在当前这个竞争激烈的汽车市场上，要想占有一席之位，关键就在于提高企业竞争力和减少企业运营成本，在整车成本中结构件成本所占比重非常大，结构件成本中原材料成本所占比重也非常大，需不断创新思路和优化各种工艺，提高材料利用率，降低成本。

【参考文献】

[1]张涛. CTC集成技术在电动汽车电池布置中的应用[J]. 科学技术创新,2021(5):172-174. 

[2]何宁,阳学,谢迎欢,等. 汽车钣金开发全流程材料利用率提升技术研究[J]. 汽车工艺与材料,2023(12):33-40.  

[3]韦荣发,蒙世瑛,石峰,等. 提升汽车覆盖件材料利用率的研究与应用[J]. 模具工业,2018,44(8):20-24,40. 

[4]陈馨,崔礼春,杨谊丽. 浅谈汽车车身材料利用率提升方案应用[J]. 锻压装备与制造技术,2020,55(1):77-79.

[5]佟鑫,贾晓峰,闫佳奇,等. 白车身冲压件工艺设计阶段材料利用率提升方法[J]. 汽车工艺与材料,2023(6):67-72.