摘要：在整个汽车开发过程中，冲压板料成本约占汽车白车身成本的36%，整车材料利用率每提升1%，整车的材料工艺消耗将减少约10kg，单车成本能降低55元，日韩车企在材料利用率方面明显优于国内车企，成本控制上优势明显。以汽车车身上同样的20个关键冲压件的材料利用率为计算口径，日本丰田较好状态能达到63%，韩国现代较好状态能达到60%，而国内绝大部分车企是52%～57%，与日韩车企比较差距较大。根据同步工程的分析，当利用率到达54%以上后，提高难度越来越大，需要在设计的初期投入更多时间和人力并开展前期同步工程对怎么提高利用率进行深入研究。
关键词：冲压件；工艺；材料利用率
1材料利用率提升的价值
据统计，整车材料利用率每提升百分之1，整车成本将降低 50～60 元。当前主流车型的整车材料利用率为50～55，其中日韩车型的整车材料利用率较高，国内自主品牌车型的材料利用率较低。
整车材料利用率提升可以分为产品设计阶段、工艺设计阶段及模具调试阶段。其中，模具调试阶段属于产品制造后期，对整车材料利用率提升贡献度最小；产品设计阶段和工艺设计阶段属于产品制造前期，对整车材料利用率提升贡献度大，应投入更多的资源进行提升。
2冲压成形节能优化方法分析
冲压成形是通过对板料施加冲压力使其产生塑性成形的过程。一般是通过成形装备(如液压机)对板料进行冲压加工。成形过程中，在不同的工艺参数下金属的流变应力不同，冲压产品的成形能耗会随之变化，同时也对其成形质量有很大影响。冲压成形装备是冲压产品加工的载体，也是其能量消耗的主要来源。分析了冲压过程的能量流特性，建立了冲压成形过程的能量流模型，冲压成形的能量传递及转化过程如图1所示。在冲压成形过程中，液压机通过一系列的能量传递与转化过程将电能转化为板料所需的成形能。整个冲压过程的能量消耗包括板料的成形能耗、移动部件运动过程的能耗及控制系统的各能耗单元的能量损耗。由图1可知，冲压过程中，电能经冲压装备各能量单元逐级转化为产品成形能，其转化过程复杂，而且由于装备不合理的控制和使用过程，也会造成生产加工过程的大量能耗，还会影响到产品的生产质量。
.png)
图1 冲压成形能量流模型
因此，本文提出的冲压成形节能方法为将冲压的工艺特征和装备的能耗特征结合考虑的综合优化方法，优化模型可用式(1)表示。其目标函数是使冲压成形过程的能耗最低、成形质量最好，是一个多目标优化问题。该优化问题的约束条件可根据实际冲压成形特征进行描述。
.png)
式中:Eworking为冲压成形过程的能耗函数模型;FDstamping为冲压产品加工质量量化模型;X为k维向量，表示影响成形能耗的各因素;h(X)、fj(X)(j=1，2，…，k)分别为冲压成形各约束条件;D为可满足产品冲压加工条件各因素取值的集合。
该冲压成形节能优化方法是针对所加工冲压零件的制造特征和结构特征及所用成形装备的控制策略，提出的相应的具体节能优化方法。首先，需要建立冲压成形能耗模型，以量化不同工艺参数下的冲压产品的成形能耗。然后，以此为基础提出冲压成形工艺节能优化方法，该方法是在保证冲压产品成形质量的前提下，降低产品冲压成形能耗的多目标优化方法。最后，通过分析成形装备的能耗特征，量化冲压产品在最优工艺参数下的能耗特性，但由于冲压装备控制方式和冲压工艺不匹配，造成冲压成形总能耗仍然较高。因此，为了从整体上实现冲压成形过程的节能优化，仍需从冲压成形装备节能控制的角度来减少冲压成形过程的能耗。
3工艺规划阶段材料利用率提升
本阶段主要考虑冲压件的工法设计、工艺编排及模具结构的合理化，是提高材料利用率的关键阶段。根据制件结构难易程度及在车身的作用，冲压拉伸工艺在满足使用要求的前提下合理布置拉伸面，建议如下：
（1）拉伸工艺以成形工艺实现。
（2）闭式拉伸工艺以开式拉伸工艺实现。
（3）深拉伸以浅拉伸工艺实现。
（4）左右件成双合并设计，减少冲压废料面积。
（5）通过合理排样，减少步距提高材料利用率。
4材料利用率提升的设计方案
随着经济迅速发展，汽车产销量逐渐增高，行业竞争日益加剧，如何提高产品竞争力的问题日益凸显，制造成本是不可回避的一个关键因素，在汽车制造中，覆盖件、车身钢结构件一般采用冷冲压模具生产制造，为了降低覆盖件和车身钢结构件的制作成本，原材料板材的利用率提高至关重要，这也是汽车设计开发和模具开发者面临的一大问题。本文主要阐述如何在实际的模具设计中提高板材的利用率进行着重阐述，为汽车钣金件模具开发者提供参考，常用的零件材料利用率提高手段如下：
（1）模具开发：落料排样；
（2）模具开发：材料利用率决定点控制；
（3）模具开发：浅拉延成型技术；
（4）汽车开发、模具开发：废料区小零件利用，零件合并开发。
4.1发动机罩前后分缝线曲率的设计
在造型阶段，汽车发动机罩的前后分缝线的曲率不一致，造成产品在拉延工艺设计时只能采用方料进行生产，造成了板料的浪费。通过调整汽车发动机罩前后分缝线，尽可能地使其曲率保持一致，在产品拉延工艺设计时就可以采用弧形料片，将产品的材料利用率提升百分之10。
4.2汽车翼子板尖角分缝线设计
汽车翼子板尖角区域伸出过长，易造成后续翻边整形模具悬出部位过长，模具强度弱；同时汽车翼子板尖角伸出过长，还易造成拉延工序的工艺补充过大，影响产品的材料利用率。调整产品分缝线后，模具强度弱的问题得到改善，同时产品材料利用率得到了提升。
4.3零件的拆分与合并
从整车可靠性和整车尺寸链角度考虑，车身零件越少，整车可靠性和零件的尺寸精度越好，但是车身零件的减少势必会对零件的设计和零件成型难度提出更高的要求，所以零件的合理拆分和合并能够有效地控制整车成本，并提升车身精度。
零件拆分过程中需要遵循的原则有：a.拆分后制件不影响整车性能；b.拆分后零件的制造成本要比拆分前低（包含材料利用率提升），否则不可拆分；c.拆分后零件成型难度比成型前低。
结语
综上所述，汽车行业是钢材的消耗大户，在国际原材料价格不断上涨而汽车价格不断降低的形势下，行业的利润空间受到很大程度的影响，节约资源、提高效率、降低成本是企业的必行之路，在生产的原材料中，钢铁的比重占总消耗量的60％～70％，而且在生产过程中被消耗的钢材中，只有一部分直接转移到冲压件中去，构成冲压件实体，其余部分就变成了废料。
参考文献
[1]田嘉生.冲模设计基础[M].北京：航空工业出版社，1994.
论文作者:张鹏,赵喜伟
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/21
标签：利用率论文; 材料论文; 工艺论文; 整车论文; 零件论文; 产品论文; 过程论文; 《基层建设》2020年第1期论文;