文/周方星，曾雄鏢，師巍·神龍汽車(chē)有限公司

近幾年隨著人們生活水平的提高，汽車(chē)需求量也越來(lái)越大，各汽車(chē)廠(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，不斷投入具備成本競(jìng)爭(zhēng)力的新車(chē)型搶占市場(chǎng)，與此同時(shí)，用于生產(chǎn)汽車(chē)鋼材所需的鐵礦石與焦炭等自然資源卻日趨緊張。提高材料利用率，不僅能降低汽車(chē)的制造成本，提高汽車(chē)品牌的競(jìng)爭(zhēng)力，而且也符合節(jié)能降耗的環(huán)保理念。

工藝優(yōu)化

落料排樣優(yōu)化，減少?gòu)U料

針對(duì)一些異形的沖壓件，可以對(duì)開(kāi)卷落料模具內(nèi)毛坯板料的排布方式進(jìn)行優(yōu)化，以減少?gòu)U料，盡可能多的開(kāi)卷出毛坯板料，提高材料利用率。

圖1為T(mén)6車(chē)型的左右內(nèi)縱梁落料模內(nèi)毛坯板料的排樣優(yōu)化，將原先一步距產(chǎn)出一張板料，優(yōu)化為一步距產(chǎn)出兩張板料，減少了廢料的重量，使得左右內(nèi)縱梁的材料利用率從78.2%提升到87.6%。

材料規(guī)格合并，減少?gòu)U料

為提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，豐富銷(xiāo)售產(chǎn)品陣線(xiàn)，每年汽車(chē)廠(chǎng)都會(huì)有新車(chē)型的投入，新車(chē)型零件投入都會(huì)有新規(guī)格材料產(chǎn)生。當(dāng)車(chē)型批量生產(chǎn)結(jié)束時(shí)，對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用鋼材都會(huì)因消耗緩慢而占用庫(kù)存，因此每增加一種新規(guī)格的鋼材就會(huì)造成庫(kù)存和管理成本的增加，汽車(chē)廠(chǎng)必須盡可能保證鋼材的通用性，減少鋼材的品種數(shù)量。

圖1 排樣優(yōu)化對(duì)比圖

圖2 T6車(chē)型的機(jī)罩外板排樣優(yōu)化過(guò)程圖

圖2為T(mén)6車(chē)型的機(jī)罩外板排樣優(yōu)化過(guò)程，T6車(chē)型的機(jī)罩外板卷寬為1330mm，開(kāi)卷步距為1820mm，需要使用落料模；而X7車(chē)型的機(jī)罩外板的卷寬為1830mm，使用弧形擺剪剪切落料，無(wú)廢料。

由于T6機(jī)罩的開(kāi)卷步距與X7機(jī)罩卷料的料寬相近，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，可以使用X7機(jī)罩的卷料，按步距1170mm的參數(shù)，用弧形擺剪生產(chǎn)T6機(jī)罩的板料。

通過(guò)工藝優(yōu)化，材料利用率提高3.7%，同時(shí)減少原T6機(jī)罩外板專(zhuān)用的鋼材規(guī)格，增加了材料的通用性，降低了庫(kù)存與管理成本。

模具設(shè)計(jì)優(yōu)化，一模多件

在一套模具上同時(shí)生產(chǎn)多個(gè)零件時(shí)，利用大零件孔洞處的廢料生產(chǎn)一個(gè)或多個(gè)小零件，達(dá)到提高材料利用率的效果。

B5車(chē)型機(jī)罩內(nèi)板和T7門(mén)內(nèi)板的模具（圖3），分別利用機(jī)罩內(nèi)板和門(mén)內(nèi)板零件孔洞處廢料，沖壓出機(jī)罩加強(qiáng)板零件和門(mén)鎖加強(qiáng)板，避免了單獨(dú)使用材料生產(chǎn)機(jī)罩加強(qiáng)板及門(mén)鎖加強(qiáng)板。

圖3 一模多件，套裁利用示意圖

模具設(shè)計(jì)優(yōu)化，板坯組合

模具設(shè)計(jì)時(shí)，將左右對(duì)稱(chēng)零件設(shè)計(jì)在一起沖壓成形，通過(guò)工藝優(yōu)化，將兩張板料沖壓出兩個(gè)零件改為一張板料沖壓出兩個(gè)零件，減少工藝補(bǔ)充面積，提高材料利用率。

圖4為MX3車(chē)型的左右后門(mén)外板零件模具設(shè)計(jì)與M44車(chē)型左右后門(mén)外板模具設(shè)計(jì)對(duì)比。MX3車(chē)型的左右后門(mén)外板一張板料沖壓一個(gè)零件，零件的四個(gè)方向都需要工藝補(bǔ)充面；而M44車(chē)型左右后門(mén)外板為一張板料沖壓出兩個(gè)零件，相當(dāng)于減少一個(gè)工藝補(bǔ)充面。通過(guò)對(duì)比，M44車(chē)型后門(mén)外板材料利用率比MX3后門(mén)外板材料利用率提高4.16%。

圖4 模具設(shè)計(jì)對(duì)比圖

材料尺寸優(yōu)化

減小毛坯尺寸

通過(guò)調(diào)整毛坯板料在拉延模內(nèi)的定位，減少拉延筋以外多余材料的工藝補(bǔ)充，從而減小零件所需的毛坯板料尺寸，提高材料的利用率。

圖5為T(mén)/B車(chē)型前風(fēng)窗下橫梁零件，對(duì)拉延成形過(guò)渡件觀察發(fā)現(xiàn)，拉延件的工藝補(bǔ)充區(qū)域還有很大一部分毛坯板料未被有效利用，通過(guò)測(cè)量，將此零件的開(kāi)卷步距從原來(lái)的590mm減少到560mm，并對(duì)拉延模進(jìn)行研合、對(duì)板料定位裝置進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過(guò)外觀檢查和三坐標(biāo)測(cè)量幾何尺寸后確認(rèn)：在板料步距減小30mm的情況下，零件成形正常，質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 T/B車(chē)型前風(fēng)窗下橫梁零件

T/B車(chē)型前風(fēng)窗下橫梁零件通過(guò)毛坯尺寸優(yōu)化后，材料利用率提高2.4%。

控制卷料公差，增加毛坯數(shù)量

鋼廠(chǎng)在生產(chǎn)鋼卷和鋼板時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的厚度公差有一定的控制范圍，表1為卷料尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)。如果鋼卷的厚度是按正公差交付到汽車(chē)廠(chǎng)，則開(kāi)卷出來(lái)的毛坯板料厚度會(huì)在合格范圍內(nèi)偏厚，會(huì)造成毛坯板料和沖壓零件的實(shí)際重量高于工藝定額重量，另一方面，會(huì)造成鋼卷開(kāi)卷出的實(shí)際板料數(shù)量少于理論數(shù)量，造成成材率降低。

例如R33頂蓋零件，毛坯板料規(guī)格為0.8mm×1150mm×1680mm，材料牌號(hào)為DX54D+Z，其材料有三家供應(yīng)商，三家供應(yīng)商材料的公差尺寸均在合格范圍內(nèi)，但通過(guò)跟蹤，其中一家材料每次開(kāi)卷后的實(shí)際板料數(shù)量均少于理論數(shù)量，而另外兩家鋼卷材料開(kāi)卷后的實(shí)際板料數(shù)量均略高于理論數(shù)量。

R33頂蓋零件的工藝消耗定額為11.993kg。一個(gè)10t重的鋼卷理論上可以開(kāi)卷出R33頂蓋板料為10000kg/11.993kg=834張。按照表1標(biāo)準(zhǔn)，R33頂蓋零件使用的DX54D+Z材料的屈服強(qiáng)度小于280MPa，卷料寬度為1150mm，小于1200mm，因此最薄與最厚的板料厚度差異為0.06mm，則一個(gè)10t的鋼卷最多和最少可以開(kāi)卷出的板料張數(shù)分別為996張和771張，差異為125張，在采用負(fù)公差交貨的情況下，相比正公差交貨提高了15%的材料利用率。因此要求鋼廠(chǎng)對(duì)鋼卷采用負(fù)公差交貨，可以顯著增加毛坯數(shù)量，提高材料利用率。

廢料收集再利用

部分零件在開(kāi)卷落料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生未利用的面積較大的廢料，將這些廢料用于汽車(chē)車(chē)身上其他小零件的生產(chǎn)，可以避免小零件所用材料的單獨(dú)采購(gòu)，節(jié)約了成本，同時(shí)也提高了整車(chē)的材料利用率。

表1 卷料尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)

圖6為R33后翼子板內(nèi)板板料，其卷料規(guī)格為0.7mm ×1275mm，開(kāi)卷時(shí)存在廢料。前圍上蓋板零件的板料尺寸為0.7mm×445mm×1070mm，消耗定額為2.594kg，這兩個(gè)零件的材料牌號(hào)一致，通過(guò)收集R33后翼子板開(kāi)卷步距的廢料用于生產(chǎn)前圍上蓋板零件，材料利用率提高13%。

圖6 R33后翼子板內(nèi)板板料

通過(guò)類(lèi)似方法收集R33側(cè)圍外板廢料，其卷料規(guī)格為0.85mm×1450mm，材料牌號(hào)為DX56D+Z。R33左右后輪罩前部零件，尺寸為0.8mm×930mm×254mm，材料牌號(hào)為DX56D+Z。

通過(guò)收集R33側(cè)圍開(kāi)卷時(shí)產(chǎn)生的廢料，并對(duì)廢料進(jìn)行人工修剪，得到的矩形板料可用于生產(chǎn)R33左右后輪罩零件，材料利用率提高8%。

挺高卷料重量，減少頭尾浪費(fèi)

沖壓工藝流程為材料供應(yīng)商以帶包裝的卷料供貨，卷料拆包后通過(guò)開(kāi)卷設(shè)備剪切成沖壓所需的各種形狀板料，然后沖壓出各種零件。開(kāi)卷時(shí)需要對(duì)卷料外圈、內(nèi)圈剪切處理，同時(shí)卷料頭尾需要穿過(guò)開(kāi)卷設(shè)備，每卷材料頭尾約15米左右為生產(chǎn)正常損耗。因此開(kāi)卷批量越大，卷料平均重量越重，開(kāi)卷效率越高，卷料的平均損耗越少。

某車(chē)型整體側(cè)圍外板材料單車(chē)消耗60kg左右，沖壓開(kāi)卷線(xiàn)批量大，跟蹤其側(cè)圍材料卷料重量，卷重分布范圍為7t至15t，平均重量約10t，經(jīng)過(guò)測(cè)算分析，如果將卷料重量提高到18噸，開(kāi)卷線(xiàn)每批次將少生產(chǎn)一個(gè)卷料，即少一個(gè)卷料的料頭料尾處理，側(cè)圍材料利用率可以提高約1%，開(kāi)卷效率提高5%左右。結(jié)合設(shè)備能力，運(yùn)輸條件，向鋼廠(chǎng)提出卷料重量要求，目前此側(cè)圍材料平均卷重18.5t，卷料轉(zhuǎn)化為板料的利用率由原來(lái)的98.2%提高至99.2%（板料轉(zhuǎn)化率=卷料凈重/消耗定額×100%）。

結(jié)論

對(duì)沖壓件而言，同一零件的材料利用率反映出工藝水平和技術(shù)水平的高低，本文結(jié)合沖壓現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，從工藝優(yōu)化、材料尺寸優(yōu)化、廢料再利用、卷料重量提高等方面介紹了提高汽車(chē)沖壓件材料利用率的方法，通過(guò)上述方法的實(shí)際應(yīng)用，提高了工藝、技術(shù)水平，為后續(xù)項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

提高材料利用率的方法很多，更多的方法需要通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，例如沖壓覆蓋件下料時(shí)，將現(xiàn)有的直線(xiàn)刀或圓弧刀改為波浪刀，通過(guò)改變板坯的形狀，縮短板坯長(zhǎng)度，從而提高材料利用率，此方法需要核算模具的投資、維修成本與提高材料利用率后的收益關(guān)系。總之，提高材料利用率是為了降低整車(chē)的完全成本，在做提高材料利用率方案時(shí)需要結(jié)合車(chē)型產(chǎn)量，考慮投資成本與收益的關(guān)系。