顏四平，常天春，廉大偉，姜 禧 Yan Siping，Chang Tianchun，Lian Dawei，Jiang Xi

管狀類零件內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本估算的研究

顏四平，常天春，廉大偉，姜 禧
Yan Siping，Chang Tianchun，Lian Dawei，Jiang Xi

（北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300）

內(nèi)高壓成形工藝做為一種先進(jìn)的制造工藝，在汽車零件制造過(guò)程中逐步推廣應(yīng)用，其中管狀類零件內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本的估算研究目前處于起步階段。通過(guò)管狀類零件內(nèi)高壓成形制造過(guò)程樣本數(shù)據(jù)分析，利用冪函數(shù)擬合及插值法，建立了合模力與整形壓力之間的函數(shù)關(guān)系，并建立了管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本Excel表快速估算模型，從而快速估算出管狀類零件內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本。并通過(guò)汽車車架中間管橫梁應(yīng)該成本分析，驗(yàn)證了所述方法對(duì)管狀類零件內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本的快速估算和采購(gòu)報(bào)價(jià)的實(shí)用性。

內(nèi)高壓成形；應(yīng)該成本；制造費(fèi)用；估算

0 引 言

內(nèi)高壓成形技術(shù)作為一種先進(jìn)制造工藝，已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外企業(yè)及學(xué)者的廣泛關(guān)注，尤其在提高制造工藝、減輕重量、節(jié)能減排的需求驅(qū)動(dòng)下，該技術(shù)在車企得到廣泛應(yīng)用已是趨勢(shì)。內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)用于汽車制造業(yè)的歷史不長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用在副車架、后軸縱臂、排氣系統(tǒng)管件和組合式凸輪軸等[1]。對(duì)于管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本估算的研究還處在起步階段。

主要分析管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本構(gòu)成，通過(guò)管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，利用冪函數(shù)擬合及插值法推導(dǎo)出管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本的快速估算方法，并建立應(yīng)該成本快速估算模型，通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證得出此方法對(duì)管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本估算和采購(gòu)報(bào)價(jià)具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝過(guò)程

管狀類零件內(nèi)高壓成形是一種以金屬管材為坯料，借助專用液壓設(shè)備，向密封的管坯內(nèi)注入液體介質(zhì)（通常為乳化液）[2]，管坯內(nèi)液體產(chǎn)生高壓（工作壓力通常為100～400 MPa，最高達(dá)1 000 MPa）[3]，同時(shí)在管坯兩端通過(guò)軸向沖頭向內(nèi)施加推力補(bǔ)料，在兩種外力的作用下，使管坯材料產(chǎn)生塑性變形，最終與模具型腔內(nèi)壁貼合，成為具有三維形狀零件的現(xiàn)代塑性加工技術(shù)，又稱為管材液壓成形[4]。一般來(lái)講，管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝過(guò)程如圖1所示。

圖1 管狀類零件內(nèi)高壓成形主要工藝流程

根據(jù)塑性變形特點(diǎn)，內(nèi)高壓成形工藝可分為彎曲軸線管成形、變徑管成形、多通管成形3類，這里主要研究彎曲軸線管成形，其成形工藝過(guò)程如圖2所示[5]。

圖2 彎曲軸線管內(nèi)高壓成形工藝過(guò)程

2 管狀類零件內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本估算分析

介紹汽車中最常見(jiàn)的彎曲軸線管內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本構(gòu)成及應(yīng)該成本估算方法，變徑管與多通管內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本估算方法與之類似。內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本主要包括材料成本、直接人工成本、制造費(fèi)用，計(jì)算公式為

=++（1）

式中：為管狀類零件內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本，元；為材料成本，元；為直接人工成本，元；為制造費(fèi)用，元。

2.1 直接材料成本

管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝中直接材料成本一般包括主材料成本、外購(gòu)件成本及輔材料成本。

=?/-??（1-）/+

∑ii+∑ii/i（2）

式中：為原材料單價(jià)，元/kg；為材料使用量，kg；為原材料利用率，通常取80%～90%；為廢料處置單價(jià)，元/kg；i為采購(gòu)件價(jià)格；i為對(duì)應(yīng)采購(gòu)件數(shù)量；i為輔料采購(gòu)價(jià)格；i為對(duì)應(yīng)輔料用量；i為對(duì)應(yīng)輔料利用率。

2.2 直接人工成本

管狀類零件內(nèi)高壓成形過(guò)程中直接人工主要負(fù)責(zé)上料、內(nèi)高壓成形機(jī)操作等工作，一般情況下一條內(nèi)高壓成形工藝生產(chǎn)線只需要1人，需根據(jù)生產(chǎn)零件特點(diǎn)及供應(yīng)商自動(dòng)化程度進(jìn)行調(diào)整。

=(?/3 600)/(?) （3）

式中：為節(jié)拍時(shí)間，s，需根據(jù)零件成形難易程度及設(shè)備情況確定，通常取50～180 s；為直接人工數(shù)，通常取1～2 人；為人工費(fèi)率，元/h，需根據(jù)供應(yīng)商所在地工人平均工資求出；為模腔數(shù)，通常取1～2個(gè)；為設(shè)備效率，通常取85%～95%。

2.3 制造費(fèi)用

管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝制造費(fèi)用包括設(shè)備費(fèi)用、準(zhǔn)備成本、廢棄成本，計(jì)算公式為

=?/3 600/（）+/3 600?（）//+（3 600/（））?（4）

式中：為內(nèi)高壓成形設(shè)備費(fèi)率，元/h，通常根據(jù)合模壓力機(jī)噸位F（合模力）這個(gè)關(guān)鍵參數(shù)選取，常用的國(guó)產(chǎn)內(nèi)高壓成形設(shè)備費(fèi)率見(jiàn)表1；為準(zhǔn)備時(shí)間，s，一般取3 600～5 400 s；變量同式（1）、式（3）；為批次產(chǎn)量，個(gè)；為廢品率，一般取值1%～2%。

表1 管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝設(shè)備費(fèi)率

注：設(shè)備費(fèi)率為國(guó)內(nèi)部分管狀類零件內(nèi)高壓成形機(jī)平均設(shè)備費(fèi)率。

管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝設(shè)備費(fèi)率是制造費(fèi)用的主要影響因素之一。在管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝設(shè)備費(fèi)率的選擇過(guò)程中F是關(guān)鍵，是選取合模壓力機(jī)噸位型號(hào)的主要依據(jù)。確定型號(hào)后，查詢?cè)O(shè)備費(fèi)率，計(jì)算出內(nèi)高壓成形制造費(fèi)用。其中，F(xiàn)與零件的投影長(zhǎng)度、管徑和整形壓力有關(guān)。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際供應(yīng)商調(diào)研數(shù)據(jù)的系統(tǒng)歸納及冪函數(shù)擬合、插值計(jì)算，得出管狀類零件內(nèi)高壓成形工藝中F及整形壓力的計(jì)算公式為

F(10)?(10P)（5）

式中：F為合模力，10kN；P為整形壓力[6]，MPa；為管材直徑，mm；為零件的投影長(zhǎng)度，mm。

其中，P與零件各個(gè)部分的壁厚、最小圓角半徑和管材屈服強(qiáng)度有關(guān)。

P=0.97?(/2)-1.51?（6）

式中：P通常取值為200 MPa或400 MPa；為零件成形最小圓角半徑，mm；為零件壁厚，mm；為管材屈服強(qiáng)度，MPa。

通過(guò)對(duì)內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本估算過(guò)程的研究，建立起管狀類零件內(nèi)高壓成形零件制造過(guò)程的應(yīng)該成本快速估算Excel模型，見(jiàn)表2，可根據(jù)零件實(shí)際制造過(guò)程進(jìn)行工序選擇，并通過(guò)實(shí)際核算對(duì)模型進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，為應(yīng)該成本的快速評(píng)估及采購(gòu)報(bào)價(jià)提供有力保障。

表2 管狀類零件內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本估算表

3 車架中間管橫梁內(nèi)高壓成形應(yīng)該成本案例分析

以汽車車架中間管橫梁內(nèi)高壓成形零件為例進(jìn)行應(yīng)該成本估算過(guò)程驗(yàn)證，其制造工藝過(guò)程為下料－彎管－內(nèi)高壓成形－切割－清洗，其長(zhǎng)為1 100 mm，直徑為67 mm，壁厚為 3 mm，如圖3所示，材料為QSTE420，材料使用量為5.39 kg。

圖3 內(nèi)高壓成形的車架中間管橫梁

對(duì)車架中間管橫梁應(yīng)該成本校核分析，通過(guò)將參數(shù)值（見(jiàn)表3）代入式（1）～（4），結(jié)合其他工序的設(shè)備費(fèi)率及人工費(fèi)率，可計(jì)算出內(nèi)高壓成形零件的總應(yīng)該成本（見(jiàn)表4）。

表3 中間管橫梁參數(shù)及計(jì)算值

表4 車架中間管橫梁應(yīng)該成本估算 元

內(nèi)高壓成形工藝直接材料成本為43.58元，中間管橫梁制造工藝分五序，總直接人工成本為3.32元，總制造費(fèi)用為26.75元，則總應(yīng)該成本=++=43.58元+3.32元+26.75元=73.65元?？紤]管財(cái)銷、利潤(rùn)、運(yùn)輸、稅率等因素影響，按經(jīng)驗(yàn)值，應(yīng)該采購(gòu)價(jià)格=應(yīng)該成本/0.8，折算后應(yīng)該采購(gòu)價(jià)格為92.06元與實(shí)際采購(gòu)報(bào)價(jià)92元基本一致。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)于車架中間管橫梁應(yīng)該成本的校核分析，得到該內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本估算方法對(duì)零件應(yīng)該成本快速估算、采購(gòu)報(bào)價(jià)具有實(shí)際指導(dǎo)作用，有利于在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段快速評(píng)估內(nèi)高壓成形零件應(yīng)該成本，有效控制零件成本，并進(jìn)一步精益設(shè)計(jì)提供參考。今后會(huì)在實(shí)際工作中進(jìn)一步積累國(guó)內(nèi)外設(shè)備費(fèi)率數(shù)據(jù)，并通過(guò)大量實(shí)際數(shù)據(jù)的驗(yàn)證提升內(nèi)高壓成形工藝應(yīng)該成本估算的快速性與準(zhǔn)確性。

[1]李新君. 轎車前副車架內(nèi)高壓成形工藝研究[D]. 秦皇島：燕山大學(xué)，2013.

[2]許樺. 內(nèi)高壓成形管件在汽車上的應(yīng)用[J]. 上海汽車，2012(7)：52-55.

[3]陳建軍. 內(nèi)高壓成形工藝及其在汽車輕量化中的應(yīng)用[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，31（1）：12-18.

[4]周林. 異形截面空心結(jié)構(gòu)件內(nèi)高壓成形工藝研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2008.

[5] 吳亞朋. 某SUV后副車架內(nèi)高壓成形數(shù)值模擬研究[D]. 秦皇島：燕山大學(xué)，2013.

[6]劉曉晶，楊然，馮章超，等.汽車前副車架內(nèi)高壓成形工藝研究［J］. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018（2）：129-133.

2020-05-12

U463.32+6：F406.7

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.04.011

1002-4581（2020）04-0043-04