文/高碩遙，沙立國，邰偉彬，蘇傳義·一汽集團(tuán)奔騰事業(yè)本部

研究表明，工藝設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品制造成本的70%～80%，而設(shè)計(jì)本身的成本僅占產(chǎn)品總成本的10%。在材料價(jià)格不斷上漲和汽車市場競爭日趨激烈的今天，如何在設(shè)計(jì)階段多維度的完成轎車白車身沖壓件VAVE降本方案有著至關(guān)重要的意義。

VA（Value analysis）是對完成品實(shí)施降低成本，擴(kuò)大利潤的活動(dòng)。VE（Value engineering）是通過產(chǎn)品工藝開發(fā)期間優(yōu)化產(chǎn)品和工藝、完成目標(biāo)成本的活動(dòng)。隨著環(huán)保和能源意識(shí)的增強(qiáng)，市場競爭的加劇，各大汽車廠的成本意識(shí)也越來越強(qiáng)，降成本活動(dòng)自設(shè)計(jì)之初到量產(chǎn)后，無時(shí)無刻不在進(jìn)行。研究表明，工藝設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品制造成本的70%～80%，而設(shè)計(jì)本身的成本僅占產(chǎn)品總成本的10%。在材料價(jià)格不斷上漲和汽車市場競爭日趨激烈的今天，如何在設(shè)計(jì)階段多維度的完成轎車白車身沖壓件VAVE降本方案有著至關(guān)重要的意義。本文從優(yōu)化零件設(shè)計(jì)、創(chuàng)新沖壓工藝和材料管理角度詳細(xì)介紹轎車白車身沖壓件VAVE降本方案。

優(yōu)化零件設(shè)計(jì)

創(chuàng)新沖壓工藝的成功應(yīng)用要以合適的零件設(shè)計(jì)為前提，同步工程期間，零件設(shè)計(jì)要兼顧滿足功能和優(yōu)化成本的要求，通過優(yōu)化零件材料和零件形狀更好地實(shí)現(xiàn)降成本的目的。

零件材料設(shè)計(jì)

整車輕量化是目前汽車工業(yè)的發(fā)展方向，特別是車身骨架件的汽車輕量化設(shè)計(jì)，是整車輕量化的關(guān)鍵。采用高強(qiáng)鋼，特別是超高強(qiáng)度鋼板，是目前車身輕量化最經(jīng)濟(jì)、有效的方法。歐日等先進(jìn)汽車制造企業(yè)高強(qiáng)鋼零件的應(yīng)用比例超過了60%，高強(qiáng)鋼的普及應(yīng)用不僅是汽車輕量化的重要手段，也是降成本的需求。

零件形狀設(shè)計(jì)

通過對產(chǎn)品邊界進(jìn)行合理的“合并、拆分”或“做方、做圓”使產(chǎn)品盡可能規(guī)整，減少局部凸出，如果局部凸出，后續(xù)再做工藝補(bǔ)充部分時(shí)，需要保證邊界過渡平滑緩和或進(jìn)料均勻，從而增加較多的過渡部分。因此需要對產(chǎn)品零件“非圓、非方”部位進(jìn)行合并，既減少了零件的數(shù)量，也減少了對應(yīng)的模具、檢具以及工裝夾具的投資費(fèi)用。

圖1所示的轎車某車型側(cè)圍加強(qiáng)板，原始設(shè)計(jì)方案由3塊TRIP600材質(zhì)1.6mm厚板料與1塊TRIP600材質(zhì)1.4mm厚板料拼焊而成。制件前期工藝評(píng)審中，從材料利用率、拼焊加工費(fèi)用、廢品率、余廢料利用和沖壓投資成本等幾方面考慮，將產(chǎn)品拼焊焊縫取消，料厚統(tǒng)一為1.6mm，并提出產(chǎn)品門洞廢料利用方案，應(yīng)用于轎車同車型側(cè)圍內(nèi)板。該側(cè)圍加強(qiáng)板經(jīng)過前期綜合評(píng)審、分析降成本29.36×2=58.72元/車，模具投資預(yù)算降低173.63萬元。

圖1 某車型側(cè)圍加強(qiáng)板改善前后成本對比分析

創(chuàng)新沖壓工藝

淺拉延

拉延是常用的沖壓工序，優(yōu)點(diǎn)是提高材料的塑性并能生產(chǎn)穩(wěn)定。但傳統(tǒng)的深拉延工序需要較大的工藝補(bǔ)充面，工藝補(bǔ)充面不是產(chǎn)品面，是工藝延伸面，這部分在后序工序中被切除，造成較大的材料損失。因此，為了顯著提高材料利用率，必須考慮將凸模輪廓線設(shè)計(jì)在零件之內(nèi)，用零件的部分形狀做壓料面，這種拉延形式稱作淺拉延。

圖2是采用淺拉延工藝的中地板，優(yōu)化后的凸模輪廓線設(shè)計(jì)在零件產(chǎn)品上，用零件的法蘭邊做壓料面，減小了拉延深度，非常明顯地縮小了工藝補(bǔ)充面，材料利用率由64.5%提升至83.9%，極大地提高了材料利用率。

對件合模拉延

圖2 中地板深拉延工藝與淺拉延工藝示意圖

白車身上存在著大量的左右對稱件，通過對件合模共用中間部分的工藝補(bǔ)充面，從而減少單件的工藝補(bǔ)充面，提高材料利用率。但如果受到生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝設(shè)備條件限制，導(dǎo)致部分工序無法進(jìn)行，則使用一模雙腔的合模方式，同樣可以減少一套模具的費(fèi)用。圖3所示的左/右側(cè)C柱加強(qiáng)板，優(yōu)先考慮采用左右件對件合模拉延，提高材料利用率的同時(shí)可以提高生產(chǎn)效率。

圖3 左/右側(cè)C柱加強(qiáng)板對件合模拉延示意圖

成形代拉延

成形工藝與拉延工藝相比，成形工藝沒有工藝補(bǔ)充面，成形前的落料片可以進(jìn)行排樣優(yōu)化，因而能極大地提高材料利用率。圖4是左/右連接板，如果采用拉延工藝，則材料利用率僅為51.1%；而采用成形工藝，零件材料利用率提升至64.58%，且模具套數(shù)由原來的5套減少為4套?？梢?，成形工藝不僅能大幅提升零件的材料利用率，而且能有效減少模具套數(shù)，節(jié)約開發(fā)車身成本。

圖4 左/右連接板工序差異示意圖

套裁沖壓

車身大型覆蓋沖壓件，如行李廂外板、頂蓋外板、頂蓋天窗固定板、帶窗框的門外板等，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)常留有較大的功能孔或者減重孔，這些孔洞部分材料在拉延過程中參與變形，在后工序被切掉，造成孔洞部分材料的浪費(fèi)。為了利用這部分孔洞材料，將同材質(zhì)，同料厚的小型產(chǎn)品零件嵌套在大零件的孔洞廢料區(qū)域與大零件一起沖壓，即套裁沖壓工藝。如圖5所示，在背門內(nèi)板和天窗固定板中嵌套小型產(chǎn)品零件，背門內(nèi)板采用套裁沖壓工藝材料利用率由53.6%提升至58.6%，節(jié)約材料成本5.84元/車；天窗固定板采用套裁沖壓工藝材料利用率由21%提升至33%，節(jié)約材料成本4.99元/車。套裁工藝不僅能提高材料利用率，降低單車白車身成本，同時(shí)也能節(jié)約模具套數(shù)和成本。

圖5 套裁沖壓工藝示意圖

廢料利用

一般情況下，側(cè)圍、門外板（帶框）和頂蓋等產(chǎn)品零件在落料或者生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生較大的廢料。如圖6所示，轎車某車型側(cè)圍外板在開卷落料工序中產(chǎn)生4片尺寸比較大的廢料，如果不利用，這部分材料就會(huì)白白浪費(fèi)。為了提高材料的利用率，需要對這些廢料進(jìn)行有效收集，將其用于生產(chǎn)同材質(zhì)和同料厚的小件，如尾燈固定板和加油口蓋等。通過回收利用，材料利用率達(dá)到47.2%，節(jié)約材料成本8.4元/車。需要注意的是，如果廢料利用在加油口蓋等有表面品質(zhì)要求的零件，廢料收集過程中要避免出現(xiàn)表面劃痕。

圖6 廢料利用優(yōu)秀案例

料片形狀及排樣優(yōu)化

落料是常見的沖壓工序，可以通過合理排樣來提高落料工序材料利用率，下面介紹幾個(gè)合理運(yùn)用落料工序的實(shí)例。

方板料向梯形料優(yōu)化

圖7所示的左/右前門內(nèi)窗臺(tái)加強(qiáng)板零件形狀的特點(diǎn)是對件成雙生產(chǎn)時(shí)前窄后寬，生產(chǎn)板料由方板料優(yōu)化為梯形料，材料利用率由39.6%提升至46.29%。圖7中的梯形料既可以使用剪板機(jī)下料，也可以使用落料模下料，但剪板機(jī)下料的尺寸精度差；由于左/右前門內(nèi)窗臺(tái)加強(qiáng)板是材質(zhì)為440W的高強(qiáng)鋼零件，為避免因板料尺寸波動(dòng)而影響零件形面尺寸的穩(wěn)定性，梯形料優(yōu)先選用落料模下料。

圖7 左/右前門內(nèi)窗臺(tái)加強(qiáng)板板料優(yōu)化示意圖

方板料向形狀料優(yōu)化

圖8所示的加油口蓋固定座延伸板的板料由方板料優(yōu)化成帶圓弧的弧形料，弧形料弧形部分可以共用，材料利用率由71%提升至84%。

圖8 加油口蓋固定座延伸板產(chǎn)品及板料優(yōu)化示意圖

通用的弧形料落料

弧形落料常用于行李廂蓋內(nèi)外板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)外板、頂蓋橫梁和前風(fēng)窗橫梁等?；⌒温淞闲问饺鐖D9所示，圓弧部分可以共用，提高了材料利用率。當(dāng)開卷的弧形相似時(shí)，可以通過調(diào)整開卷步距實(shí)現(xiàn)不同制件弧形落料模的共用，這不僅有利于提高材料利用率，而且降低了工裝投入。

圖9 行李廂內(nèi)板產(chǎn)品及通用弧形料示意圖

優(yōu)化排樣圖

制件的落料形狀多種多樣，落料工序的排樣思路也是“條條大路通羅馬”，如何選取最優(yōu)的排樣方案是提高落料工序材料利用率的關(guān)鍵。如圖10所示，前線束固定支架的落料方案有四種，材料利用率從57%～74%不等，梯形料方案最優(yōu)為74.6%?？梢姡柚鶤utoForm分析軟件獲得最優(yōu)的排樣方案能大大提高材料利用率。

圖10 前線束固定支架落料排樣方案及其材料利用率示意圖

材料管理

材質(zhì)和料厚

在滿足產(chǎn)品、工藝要求的前提下，選擇現(xiàn)有車型所用的材質(zhì)、料厚，形成材料平臺(tái)，為后續(xù)采購、庫存管理提供便利。如普通冷軋板的關(guān)鍵性能要求就是其拉延性，所以在符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下盡量選擇低牌號(hào)的材料。而對于料厚的選擇，除了要考慮車身成形后的強(qiáng)度、重量外，還要注意料厚的大眾化。

卷寬的選擇

在鋼板規(guī)格種類中，不管是定尺板還是卷板，同種材質(zhì)、料厚的材料，卷寬不同售價(jià)不同。要想降低成本，就要從采購卷寬的制定上下功夫，圖11是卷寬和鋼板價(jià)格的關(guān)系圖，在保證材料利用率的前提下選取不加價(jià)的卷寬區(qū)間。

圖11 卷寬與鋼板價(jià)格的關(guān)系

料厚偏差選擇

板材的料厚存在偏差要求，通常在偏差允許的范圍內(nèi)，應(yīng)首先選用下偏差的板材，以保證訂購的卷料能多出板材，從而節(jié)約采購成本。

材料采購隨車型產(chǎn)量適時(shí)調(diào)整

規(guī)劃車型時(shí)，注意生產(chǎn)車型數(shù)量與采購批量相匹配。對于產(chǎn)量較小的車型，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意減少此車型專用材料規(guī)格，進(jìn)行規(guī)格合并，避免新訂購卷料使用時(shí)間過長而造成材料性能下降。對于產(chǎn)量較大的車型，可適當(dāng)增加材料采購品種。

結(jié)束語

本文從優(yōu)化零件設(shè)計(jì)、創(chuàng)新沖壓工藝和材料管理角度詳細(xì)介紹了轎車白車身沖壓件VAVE降本方案。對于縮短模具制造周期，降低白車身沖壓件成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。轎車公司不斷完善VAVE降本方案的策略，最終達(dá)到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、實(shí)現(xiàn)降低白車身成本的目的，使產(chǎn)品在合適的時(shí)機(jī)，以優(yōu)惠顧客的價(jià)格推向市場，實(shí)現(xiàn)良性產(chǎn)品線循環(huán)的終極目標(biāo)。