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 实战案例分享：材料表面处理学问汇总~值得学习~

在白车身制造中，冲压件的材料利用率对整个白车身成本的影响较大。如何最大化、最灵验的提升冲压件的材料利用率可谓是降低白车身制造成本至关重要的因素。

本文以冲压同步工程的项目开辟流程为主线，着重从“优化钣金结构”、“优化钣金工艺”、“优化模具结构”这三大方面系统的阐述提升材料利用率的各大方法，已形成了材料利用率提升的标准流程，拟在未来的新名目中应用于同步工程的各个阶段。期望通过这种全流程有效的管控以达到高效提升材料利用率的目的。

汽车行业面临转型变革，汽车厂家想要在激烈的竞争中立稳脚跟，降低成本势在必行。纵观整车制造成本，轿车白车身占整车的35%～50%，而冲压件在白车身组成中又占有90%的比重，所以提升冲压件的资料利用率，对整车降成本意义非常重大。根据行业当前现状，当利用率到达52%以后，提升难度就会成倍增加，这就需要研发人员在整个研发周期里投入大量的精力去开展提升材料利用率的专题研究。

材料利用率的算法：

材料利用率是衡量合理利用材料的经济性指标，它是从经济的角度对材料节约程度的一种反映。下面以ξ代表材料利用率，其计算方法如下：

Ø 重量计算法：

ξ=M1/M2x100%

式中，M1—产品重量；M2—坯料重量。

Ø 整车资料利用率：
ξ=Σ各零件重量/Σ各部件的坯料重量x100%
=（130+220）/（220+412）x100%
=55.38%

材料利用率的提升流程：

2.1 同步工程中材料利用率提升的标准流程

▲同步工程中材料利用率晋升的标准流程图

2.2 同步工程中材料利用率提升的研究方法

▲同步工程中材料利用率晋升的研究方法图

模型阶段材料利用率的提升方法

根据车身研发的先后顺序，冲压同步工程在模型阶段主要有两大类工作：

①.主模型（CAS面）制造可行性分析；

②.主断面车身重要结构的审查。

3.1 CAS面冲压成形分析
CAS（Concept A Surface，汽车初步造型面）面的主要工作是针对油泥模型及其分缝线、外观特征棱线进行制造可行性分析。在满足造型概念的前提下，尽量避免急剧变化的曲面以及尖锐突出的棱角，同时分缝线尽量平缓，分缝后的零件尺寸应控制在常规钢材采购规格内，这些都有利于材料利用率的提升。
下图为某项目发动机罩与翼子板分缝线过于急剧，在满足发罩外板包边条件的前提下，将分缝线向翼子板方向调整40mm，使其平缓过渡。因发罩外板采用弧形板料，调整对其影响较小。而翼子板此点刚好是材料利用率的控制点，在靠近发罩这一侧，翼子板单边至少可节约20mm板料， 这样材料利用率就会有很大的提升。

▲发罩与翼子板分缝的安排

常规钢材最大尺寸一般控制在1700mm以内。方案一将发罩外板送料方向变为宽方向送料，虽可满足常规钢带要求，但因内、外板不能共料，材料利用率整体偏低，内板还得增开落料模。计划二虽可实现发罩内、外板共料，既节约模具成本还能提升材料利用率，但成形的钢带超出常规钢材规格，其采购成本却大幅增加。根据生产情况，需综合取舍。

▲发动机罩尺寸凌驾钢材规格

3.2 主断面冲压成形分析
在主断面设计阶段，车身CAS面已逐步完善，整车尺寸、车身空间结构和内外饰的大致安装形式等已基本确定。此阶段材料利用率的提升策略主要有以下两大方面：①.降低产品成形深度,提升材料利用率；②.产品合理的分件和合件，提升材料利用率。
下图为某项目顶盖后横梁降低成形深度以提升材料利用率的案例。顶盖后横梁优化前成形深度为28.5mm，通过孔位安装面的优化将产品成形深度合理的降低到20mm，这样不仅大大的改善了产品的成形性，同时材料利用率也有大幅度的提升。

▲降低产品成形深度以提升材料利用率

下图为侧围外板和后尾灯罩内板调整分件位置以提升材料利用率的案例。修改前的后尾灯罩内板成形性相当复杂，其材料利用率较低。现将拐角处的翻边分到侧围外板上，对其材料利用率和成形性影响较小；而后尾灯罩内板的成形性改善明显，且材料利用率大幅度提升。▲产品合理分件以提升材料利用率

工程化阶段材料利用率的提升方法
随着白车身数据成熟度的不断升级，研发人员习惯将工程化阶段细分为工程化初期、工程化中期、工程化末期三个阶段。其实，在这三个阶段提升材料利用率的方法大体相同。为了便于更好地展现同步工程的策略，在工程化初期我们偏重于从优化钣金结构方面去提升材料利用率；在工程化中期偏重于从优化钣金工艺方面去提升材料利用率；在工程化末期偏重于从优化模具结构方面去提升材料利用率。

4.1 优化钣金结构
在工程化初期阶段，工程主断面刚冻结，整车尺寸、空间结构和零件分块正逐步完善中。考虑到此阶段的数据成熟度不高，我们偏重于从优化钣金结构方面去提升材料利用率，具体优化手段有以下六种形式：
1) 合理的对钣金进行分件或合件；
2) 合理选择钣金与周边件的匹配方式；
3) 优化钣金外边界，减少局部突出形状；
4) 自焊件通过局部优化更改为冲压件；
5) 优化钣金局部结构，拉延工序调整为成形工序；
6) 优化钣金局部结构，采用激光拼焊板工艺。
下图为某车型左右后纵梁盖板与中地板、后地板整体合件以提升材料利用率的案例。合件前共4个产品，整体材料利用率偏低。合件后变为一个钣金，需将左右后纵梁盖板的一处台阶取消，钣金才能完全满足冲压成形要求。合件后的后地板材料利用率达到了66.7%，较合件前4个产品的材料利用率提升了12%，成果非常显著。▲钣金合理的合件以提升材料利用率

下图为某车型左右前纵梁内、外板改变匹配方式以提升材料利用率的案例。左右前纵梁内、外板最初设计为高低梁结构，此结构因法兰高低起伏浪费材料导致整体材料利用率偏低。现将这种互相匹配的两个“几”字形零件深度控制在同一水平面，这样既可以有效控制产品质量，又能降低制造成本，并且还能大幅度提升材料利用率。