| 标题 | 白车身材料利用率提升方案探讨 |
| 范文 | 张玉欣+王志强+孟令伟 摘 要：本文分析了影响白车身材料利用率的主要因素，并通过反复实践总结了提高白车身材料利用率的主要方法，可有效提高白车身材料利用率，节约成本。针对车身轻量化新材料发展趋势，介绍自冲铆接和旋转攻丝铆接两种新兴的白车身连接工艺，重点分析了新工艺的特点，为该技术的推广提供借鉴。 关键词：车身造型；产品设计；材料优化；工艺设计；废料再利用 中图分类号： U46 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-190-2 0 引言 随着节能和环保意识越来越强，轻量化车身已经成为汽车发展的趋势之一。在世界铝业协会提出的报告中明确的指出，汽车重量每减轻10%，则可降低6%-8%的油耗，并且降低5%的排放。汽车轻量化通常采用以下方式，优化汽车结构设计，采用新型材料。相对而言，采用轻质高强材料来替代传统的钢材是最有效的方式。 在汽车上使用的新材料以高强钢（HSS），超高强钢（AHSS），铝材为主。比如原来GM6093M180AHD60G60GE在等强原则下采用GMW3399MSTSCR780T/420YDPHD60G60GU，厚度可以大大减薄，从而使板材的重量得以大幅下降。对于铝材，在满足相同使用和机械性能条件下，它比钢轻60%，例如奥迪A8轿车在采用铝质车身后，整车的质量可以减少15%。 这些新材料的使用而带来的减重效果对汽车的性能来说是一个大飞跃，不过随着新材料的使用，传统的点焊方式也受到了极大的挑战。特别是针对铝合金材料，由于其电阻率低，导热率高，电阻点焊方式难以形成合格的熔核。于是产生了一些新的机械连接方式，例如搅拌摩擦焊，空心铆接，自冲铆接，旋转攻丝铆接等。本文主要针对后两种连接方式，着重介绍其工艺特点及质量控制特性，为其广泛应用提供参考。 汽车市场竞争日益加剧，怎样有效降低汽车成本成为企业首要问题。白车身冲压钣金件占据了整车较大的比重（重量/成本），一台白车身的钣金件重约350～450kg，按50%的材料利用率统计，需要耗费700～900kg的钢板材料，白车身材料利用率每提高1%，单车成本可降低约70元，因此，有效地提高白车身材料利用率至关重要。 1 影响白车身材料利用率的主要因素 1.1 车身造型 车身外覆盖件之间的分缝线决定了零件的形状，同时也决定了零件的材料利用率。 1.2 产品设计 产品设计在满足结构/性能要求的前提下，往往忽视材料利用率，从而设计了很多造型不规整的零件，如“回”形、“之”形、“L”形、“T”形制件，结构分块不合理，不仅工艺方案更复杂，也影响了材料利用率。 1.3 工艺设计 冲压工艺设计的合理与否，是零件材料利用率高与低的重点因素。 1.4 模具研配/调试 模具研配/调试是否到位，是实现冲压工艺设计合理性的重点保障因素。 2 提升白车身材料利用率的主要方法 2.1 分缝优化 外覆盖件之间合理分缝（例如翼子板与侧围外板之间的分缝优化：翼子板车身Z+向上面局部分离出来给侧围外板，翼子板材料利用率大大提高，工艺得到简化，侧围外板工艺也不受影响），使得外覆盖件造型规整，简化工艺方案，可有效提高材料利用率。 2.2 产品设计优化 产品结构设计合理优化（结构分块优化等），使得零件造型规整，简化工艺方案，可有效提高材料利用率。 材料牌号/厚度优化。 对于一个新车型，材料牌号和厚度组合有几十种。合理地定义材料牌号和厚度，合理利用卷料，可以有效地提高材料利用率，降低采购成本。 对于材料的选用，可遵循如下原则：①避免过多选用高强度牌号的材料，造成产品性能过剩。同时，在满足产品性能要求的前提下，尽量选择现有已量产车型所用的材料、厚度，形成材料平台，为后续的采购、库存管理提供便利。②材料厚度大众化，不要出现特殊、难采购的厚度，如0.65mm、0.75mm等。③对于小件，在满足产品工艺性能的同时，尽量往大件的材料上靠齐，便于利用大件的废料来生产，达到废料再利用的目的。很多大型零件如侧围外板、天窗版顶盖外板、天窗加强板、门内板等零件会产生大量废料，像这样的零件，每台车所产生的废料约13kg，如果设计初期考虑到废料再利用问题，将一些小的零件与这些零件材料及料厚设计一致，便可废料再利用，按材料利用率50%、价格5.35元/千克，每台车可节省13×50%×5.35=34.8元。 激光拼焊技术应用。 激光拼焊板是将不同表面处理、不同钢种、不同厚度的两块或多块钢板通过激光焊接形成的毛坯板材。与传统点焊工艺相比较，激光拼焊板可减少制件数量、减轻制件重量，提高车身的耐蚀性，在保证车身强度的前提下，提高材料利用率。 目前激光拼焊技术在产品设计、制造已成熟，像门内板、前纵梁内板等均可采用激光拼焊工艺，既优化焊接工艺，又可缩小零件设计尺寸，提高材料利用率。 2.3 冲压工艺设计优化 冲压工艺设计方案，是继造型设计、产品设计之后，把控材料利用率的最后一道设计环节，需重点评审、把关。 2.3.1 冲压工艺方案优化 ①采用直接成形方式。冲压工艺设计时采用拉延成形方案还是采用落料成形方案对材料利用率影响很大，在保证制件质量的前提下尽量采用落料成形方案，加之落料尺寸排样优化，可大大提高材料利用率。 ②采用对件方案。在不影响工艺性能的前提下，尽量采用对件拉延成形/落料成形，既提高材料利用率，又便于生产操作。 对件形式的选择：采用零件长方向对件更有利于成形，但零件宽方向对件坯料尺寸相对较小，材料利用率可有效提升，因此对件形式的选择也是材料利用率提升的有效方案。 ③端头采用半包或开口拉延。在不影响零件质量前提下，尽量采用半包拉延或开口拉延，使坯料流入最大化，既方便后续调整，又可提高材料利用率，而且制件越高，材料利用率提高得越多。 2.3.2 坯料尺寸优化 合理排样，落料排样、坯料摆剪、开卷落料等形式，使坯料利用率得到最大化。 通过“CAE虚拟验证”对冲压模具拉延筋位置及形状进行仿真分析，合理控制板料流动量，得到最优化拉延筋参数、坯料尺寸，对材料利用率进行有效管控。 2.3.3 模面设计优化 ①分模线设计优化。在材料利用率的控制点处优化（即尽量内移）分模线，可有效控制坯料尺寸。成形过程中坯料流动最快的位置是决定材料利用率的关键点，将此处凸模轮廓线做成内凹形，既不会影响成形质量，又减少了坯料尺寸，可有效提高材料利用率。②压料面设计优化。A降低工艺型面拉延深度，对于表面质量要求不高的一些内板件，可以采用拉延槛，甚至将产品局部法兰面作为压料面的一部分布置在压边圈上，在不影响产品质量的前提下（利用拉延筋可以控制制件充分成形、保证制件刚度要求），拉延深度尽可能降低，可有效控制坯料尺寸，提高材料利用率。B将产品修边线布置在工艺补充侧壁，采用侧切边方式取代正切边，也可有效提高材料利用率。③拉延筋设计优化。在确保压边圈强度的条件下，内移拉延筋，同时，拉延筋采用方筋、代替双圆筋，可有效控制坯料流入量，保证制件成形充分，可有效提高材料利用率。 2.4 模具研配/调试优化 模具研配到位、精调试保证零件出件质量，确保冲压工艺设计方案合理实现，并确定最终坯料尺寸，是材料利用率提升、稳定的关键环节。 3 结束语 以上思路主要是从影响白车身材料利用率的主要因素及其对应有效解决措施的角度进行分析的，且在设计初期考虑材料利用率最有效，越到后期材料利用率提升越困难。所以，我们在设计初期（造型设计、产品设计、冲压工艺设计），需投入更多的精力在材料利用率提升的工作上，通过建立以DRE（产品设计工程师）为核心的研发团队，应用数字化技术，确保冲压工艺设计与产品设计同步，才能够有效降低成本，提升品牌竞争力。 参 考 文 献 [1] 曹力丰.汽车车身冲压件材料利用率提高研究[J].上海汽车，2010（5）. [2] 柯旭贵，张荣清.冲压工艺与模具设计[J].机械工业出版社，2012. |
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