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轿车白车身冲压件VAVE降本方案的策略研究

研究表明,工艺设计阶段决定了产品制造成本的70% ~ 80%,而设计本身的成本仅占产品总成本的10%。在材料价格不断上涨和汽车市场竞争日趋激烈的今天,如何在设计阶段多维度的完成轿车白车身冲压件V A V E 降本方案有着至关重要的意义。

VA(Value analysis)是对完成品实施降低成本,扩大利润的活动。VE(Value engineering)是通过产品工艺开发期间优化产品和工艺、完成目标成本的活动。随着环保和能源意识的增强,市场竞争的加剧,各大汽车厂的成本意识也越来越强,降成本活动自设计之初到量产后,无时无刻不在进行。研究表明,工艺设计阶段决定了产品制造成本的70% ~ 80%,而设计本身的成本仅占产品总成本的10%。在材料价格不断上涨和汽车市场竞争日趋激烈的今天,如何在设计阶段多维度的完成轿车白车身冲压件VAVE 降本方案有着至关重要的意义。本文从优化零件设计、创新冲压工艺和材料管理角度详细介绍轿车白车身冲压件VAVE 降本方案。

优化零件设计

创新冲压工艺的成功应用要以合适的零件设计为前提,同步工程期间,零件设计要兼顾满足功能和优化成本的要求,通过优化零件材料和零件形状更好地实现降成本的目的。

零件材料设计

整车轻量化是目前汽车工业的发展方向,特别是车身骨架件的汽车轻量化设计,是整车轻量化的关键。采用高强钢,特别是超高强度钢板,是目前车身轻量化最经济、有效的方法。欧日等先进汽车制造企业高强钢零件的应用比例超过了60%,高强钢的普及应用不仅是汽车轻量化的重要手段,也是降成本的需求。

零件形状设计

通过对产品边界进行合理的“合并、拆分”或“做方、做圆”使产品尽可能规整,减少局部凸出,如果局部凸出,后续再做工艺补充部分时,需要保证边界过渡平滑缓和或进料均匀,从而增加较多的过渡部分。因此需要对产品零件“非圆、非方”部位进行合并,既减少了零件的数量,也减少了对应的模具、检具以及工装夹具的投资费用。

  轿车某车型侧围加强板,原始设计方案由3 块TRIP600 材质1.6mm 厚板料与1 块TRIP600材质1.4mm 厚板料拼焊而成。制件前期工艺评审中,从材料利用率、拼焊加工费用、废品率、余废料利用和冲压投资成本等几方面考虑,将产品拼焊焊缝取消,料厚统一为1.6mm,并提出产品门洞废料利用方案,应用于轿车同车型侧围内板。该侧围加强板经过前期综合评审、分析降成本29.36×2=58.72 元/ 车,模具投资预算降低173.63 万元。

创新冲压工艺

浅拉延

拉延是常用的冲压工序,优点是提高材料的塑性并能生产稳定。但传统的深拉延工序需要较大的工艺补充面,工艺补充面不是产品面,是工艺延伸面,这部分在后序工序中被切除,造成较大的材料损失。因此,为了显著提高材料利用率,必须考虑将凸模轮廓线设计在零件之内,用零件的部分形状做压料面,这种拉延形式称作浅拉延。采用浅拉延工艺的中地板,优化后的凸模轮廓线设计在零件产品上,用零件的法兰边做压料面,减小了拉延深度,非常明显地缩小了工艺补充面,材料利用率由64.5% 提升至83.9%,极大地提高了材料利用率。

对件合模拉延

白车身上存在着大量的左右对称件,通过对件合模共用中间部分的工艺补充面,从而减少单件的工艺补充面,提高材料利用率。但如果受到生产现场的工艺设备条件限制,导致部分工序无法进行,则使用一模双腔的合模方式,同样可以减少一套模具的费用。左/ 右侧C 柱加强板,优先考虑采用左右件对件合模拉延,提高材料利用率的同时可以提高生产效率。

成形代拉延

成形工艺与拉延工艺相比,成形工艺没有工艺补充面,成形前的落料片可以进行排样优化,因而能极大地提高材料利用率。左/ 右连接板,如果采用拉延工艺,则材料利用率仅为51.1%;而采用成形工艺,零件材料利用率提升至64.58%,且模具套数由原来的5 套减少为4 套。可见,成形工艺不仅能大幅提升零件的材料利用率,而且能有效减少模具套数,节约开发车身成本。

 套裁冲压

车身大型覆盖冲压件,如行李厢外板、顶盖外板、顶盖天窗固定板、带窗框的门外板等,产品设计时常留有较大的功能孔或者减重孔,这些孔洞部分材料在拉延过程中参与变形,在后工序被切掉,造成孔洞部分材料的浪费。为了利用这部分孔洞材料,将同材质,同料厚的小型产品零件嵌套在大零件的孔洞废料区域与大零件一起冲压,即套裁冲压工艺。如图5 所示,在背门内板和天窗固定板中嵌套小型产品零件,背门内板采用套裁冲压工艺材料利用率由53.6% 提升至58.6%,节约材料成本5.84 元/ 车;天窗固定板采用套裁冲压工艺材料利用率由21% 提升至33%,节约材料成本4.99 元/ 车。套裁工艺不仅能提高材料利用率,降低单车白车身成本,同时也能节约模具套数和成本。

废料利用

一般情况下,侧围、门外板(带框)和顶盖等产品零件在落料或者生产中会产生较大的废料。轿车某车型侧围外板在开卷落料工序中产生4片尺寸比较大的废料,如果不利用,这部分材料就会白白浪费。为了提高材料的利用率,需要对这些废料进行有效收集,将其用于生产同材质和同料厚的小件,如尾灯固定板和加油口盖等。通过回收利用,材料利用率达到47.2%,节约材料成本8.4 元/ 车。需要注意的是,如果废料利用在加油口盖等有表面品质要求的零件,废料收集过程中要避免出现表面划痕。


料片形状及排样优化

落料是常见的冲压工序,可以通过合理排样来提高落料工序材料利用率,下面介绍几个合理运用落料工序的实例。

方板料向梯形料优化

左/ 右前门内窗台加强板零件形状的特点是对件成双生产时前窄后宽,生产板料由方板料优化为梯形料,材料利用率由39.6% 提升至46.29%。梯形料既可以使用剪板机下料,也可以使用落料模下料,但剪板机下料的尺寸精度差;由于左/ 右前门内窗台加强板是材质为440W 的高强钢零件,为避免因板料尺寸波动而影响零件形面尺寸的稳定性,梯形料优先选用落料模下料。

方板料向形状料优化

  加油口盖固定座延伸板的板料由方板料优化成带圆弧的弧形料,弧形料弧形部分可以共用,材料利用率由71% 提升至84%。


通用的弧形料落料

弧形落料常用于行李厢盖内外板、发动机罩内外板、顶盖横梁和前风窗横梁等。弧形落料形式,圆弧部分可以共用,提高了材料利用率。当开卷的弧形相似时,可以通过调整开卷步距实现不同制件弧形落料模的共用,这不仅有利于提高材料利用率,而且降低了工装投入。

优化排样图

制件的落料形状多种多样,落料工序的排样思路也是“条条大路通罗马”,如何选取最优的排样方案是提高落料工序材料利用率的关键。前线束固定支架的落料方案有四种,材料利用率从57% ~ 74% 不等,梯形料方案最优为74.6%。可见,借助AutoForm 分析软件获得最优的排样方案能大大提高材料利用率。

材料管理

材质和料厚

在满足产品、工艺要求的前提下,选择现有车型所用的材质、料厚,形成材料平台,为后续采购、库存管理提供便利。如普通冷轧板的关键性能要求就是其拉延性,所以在符合产品质量要求的前提下尽量选择低牌号的材料。而对于料厚的选择,除了要考虑车身成形后的强度、重量外,还要注意料厚的大众化。

卷宽的选择

在钢板规格种类中,不管是定尺板还是卷板,同种材质、料厚的材料,卷宽不同售价不同。要想降低成本,就要从采购卷宽的制定上下功夫,卷宽和钢板价格的关系图,在保证材料利用率的前提下选取不加价的卷宽区间。

料厚偏差选择

板材的料厚存在偏差要求,通常在偏差允许的范围内,应首先选用下偏差的板材,以保证订购的卷料能多出板材,从而节约采购成本。材料采购随车型产量适时调整规划车型时,注意生产车型数量与采购批量相匹配。对于产量较小的车型,设计时应注意减少此车型专用材料规格,进行规格合并,避免新订购卷料使用时间过长而造成材料性能下降。对于产量较大的车型,可适当增加材料采购品种。

结束语

本文从优化零件设计、创新冲压工艺和材料管理角度详细介绍了轿车白车身冲压件VAVE 降本方案。对于缩短模具制造周期,降低白车身冲压件成本,具有良好的经济效益。轿车公司不断完善VAVE 降本方案的策略,最终达到缩短产品开发周期、实现降低白车身成本的目的,使产品在合适的时机,以优惠顾客的价格推向市场,实现良性产品线循环的终极目标。











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