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提高沖壓件材料利用率的方法

發布時間:2019-07-12 10:58:02 星期五
摘要:

近幾年隨著人們生活水平的提高,汽車需求量也越來越大,各汽車廠的競爭日趨激烈,不斷投入具備成本競爭力的新車型搶占 […]

近幾年隨著人們生活水平的提高,汽車需求量也越來越大,各汽車廠的競爭日趨激烈,不斷投入具備成本競爭力的新車型搶占市場,與此同時,用于生產汽車鋼材所需的鐵礦石與焦炭等自然資源卻日趨緊張。提高材料利用率,不僅能降低汽車的制造成本,提高汽車品牌的競爭力,而且也符合節能降耗的環保理念。

工藝優化

落料排樣優化,減少廢料

針對一些異形的沖壓件,可以對開卷落料模具內毛坯板料的排布方式進行優化,以減少廢料,盡可能多的開卷出毛坯板料,提高材料利用率。

圖1為T6車型的左右內縱梁落料模內毛坯板料的排樣優化,將原先一步距產出一張板料,優化為一步距產出兩張板料,減少了廢料的重量,使得左右內縱梁的材料利用率從78.2%提升到87.6%。

材料規格合并,減少廢料

為提高市場競爭力,豐富銷售產品陣線,每年汽車廠都會有新車型的投入,新車型零件投入都會有新規格材料產生。當車型批量生產結束時,對應的專用鋼材都會因消耗緩慢而占用庫存,因此每增加一種新規格的鋼材就會造成庫存和管理成本的增加,汽車廠必須盡可能保證鋼材的通用性,減少鋼材的品種數量。

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圖1 排樣優化對比圖

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圖2 T6車型的機罩外板排樣優化過程圖

圖2為T6車型的機罩外板排樣優化過程,T6車型的機罩外板卷寬為1330mm,開卷步距為1820mm,需要使用落料模;而X7車型的機罩外板的卷寬為1830mm,使用弧形擺剪剪切落料,無廢料。

由于T6機罩的開卷步距與X7機罩卷料的料寬相近,通過現場驗證,可以使用X7機罩的卷料,按步距1170mm的參數,用弧形擺剪生產T6機罩的板料。

通過工藝優化,材料利用率提高3.7%,同時減少原T6機罩外板專用的鋼材規格,增加了材料的通用性,降低了庫存與管理成本。

模具設計優化,一模多件

在一套模具上同時生產多個零件時,利用大零件孔洞處的廢料生產一個或多個小零件,達到提高材料利用率的效果。

B5車型機罩內板和T7門內板的模具(圖3),分別利用機罩內板和門內板零件孔洞處廢料,沖壓出機罩加強板零件和門鎖加強板,避免了單獨使用材料生產機罩加強板及門鎖加強板。

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圖3 一模多件,套裁利用示意圖

模具設計優化,板坯組合

模具設計時,將左右對稱零件設計在一起沖壓成形,通過工藝優化,將兩張板料沖壓出兩個零件改為一張板料沖壓出兩個零件,減少工藝補充面積,提高材料利用率。

圖4為MX3車型的左右后門外板零件模具設計與M44車型左右后門外板模具設計對比。MX3車型的左右后門外板一張板料沖壓一個零件,零件的四個方向都需要工藝補充面;而M44車型左右后門外板為一張板料沖壓出兩個零件,相當于減少一個工藝補充面。通過對比,M44車型后門外板材料利用率比MX3后門外板材料利用率提高4.16%。

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圖4 模具設計對比圖

材料尺寸優化

減小毛坯尺寸

通過調整毛坯板料在拉延模內的定位,減少拉延筋以外多余材料的工藝補充,從而減小零件所需的毛坯板料尺寸,提高材料的利用率。

圖5為T/B車型前風窗下橫梁零件,對拉延成形過渡件觀察發現,拉延件的工藝補充區域還有很大一部分毛坯板料未被有效利用,通過測量,將此零件的開卷步距從原來的590mm減少到560mm,并對拉延模進行研合、對板料定位裝置進行調整,經過外觀檢查和三坐標測量幾何尺寸后確認:在板料步距減小30mm的情況下,零件成形正常,質量符合標準。

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圖5 T/B車型前風窗下橫梁零件

T/B車型前風窗下橫梁零件通過毛坯尺寸優化后,材料利用率提高2.4%。

控制卷料公差,增加毛坯數量

鋼廠在生產鋼卷和鋼板時,對產品的厚度公差有一定的控制范圍,表1為卷料尺寸控制標準。如果鋼卷的厚度是按正公差交付到汽車廠,則開卷出來的毛坯板料厚度會在合格范圍內偏厚,會造成毛坯板料和沖壓零件的實際重量高于工藝定額重量,另一方面,會造成鋼卷開卷出的實際板料數量少于理論數量,造成成材率降低。

例如R33頂蓋零件,毛坯板料規格為0.8mm×1150mm×1680mm,材料牌號為DX54D+Z,其材料有三家供應商,三家供應商材料的公差尺寸均在合格范圍內,但通過跟蹤,其中一家材料每次開卷后的實際板料數量均少于理論數量,而另外兩家鋼卷材料開卷后的實際板料數量均略高于理論數量。

R33頂蓋零件的工藝消耗定額為11.993kg。一個10t重的鋼卷理論上可以開卷出R33頂蓋板料為10000kg/11.993kg=834張。按照表1標準,R33頂蓋零件使用的DX54D+Z材料的屈服強度小于280MPa,卷料寬度為1150mm,小于1200mm,因此最薄與最厚的板料厚度差異為0.06mm,則一個10t的鋼卷最多和最少可以開卷出的板料張數分別為996張和771張,差異為125張,在采用負公差交貨的情況下,相比正公差交貨提高了15%的材料利用率。因此要求鋼廠對鋼卷采用負公差交貨,可以顯著增加毛坯數量,提高材料利用率。

廢料收集再利用

部分零件在開卷落料時,會產生未利用的面積較大的廢料,將這些廢料用于汽車車身上其他小零件的生產,可以避免小零件所用材料的單獨采購,節約了成本,同時也提高了整車的材料利用率。

表1 卷料尺寸控制標準

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圖6為R33后翼子板內板板料,其卷料規格為0.7mm ×1275mm,開卷時存在廢料。前圍上蓋板零件的板料尺寸為0.7mm×445mm×1070mm,消耗定額為2.594kg,這兩個零件的材料牌號一致,通過收集R33后翼子板開卷步距的廢料用于生產前圍上蓋板零件,材料利用率提高13%。

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圖6 R33后翼子板內板板料

通過類似方法收集R33側圍外板廢料,其卷料規格為0.85mm×1450mm,材料牌號為DX56D+Z。R33左右后輪罩前部零件,尺寸為0.8mm×930mm×254mm,材料牌號為DX56D+Z。

通過收集R33側圍開卷時產生的廢料,并對廢料進行人工修剪,得到的矩形板料可用于生產R33左右后輪罩零件,材料利用率提高8%。

挺高卷料重量,減少頭尾浪費

沖壓工藝流程為材料供應商以帶包裝的卷料供貨,卷料拆包后通過開卷設備剪切成沖壓所需的各種形狀板料,然后沖壓出各種零件。開卷時需要對卷料外圈、內圈剪切處理,同時卷料頭尾需要穿過開卷設備,每卷材料頭尾約15米左右為生產正常損耗。因此開卷批量越大,卷料平均重量越重,開卷效率越高,卷料的平均損耗越少。

某車型整體側圍外板材料單車消耗60kg左右,沖壓開卷線批量大,跟蹤其側圍材料卷料重量,卷重分布范圍為7t至15t,平均重量約10t,經過測算分析,如果將卷料重量提高到18噸,開卷線每批次將少生產一個卷料,即少一個卷料的料頭料尾處理,側圍材料利用率可以提高約1%,開卷效率提高5%左右。結合設備能力,運輸條件,向鋼廠提出卷料重量要求,目前此側圍材料平均卷重18.5t,卷料轉化為板料的利用率由原來的98.2%提高至99.2%(板料轉化率=卷料凈重/消耗定額×100%)。

結論

對沖壓件而言,同一零件的材料利用率反映出工藝水平和技術水平的高低,本文結合沖壓現場實際應用,從工藝優化、材料尺寸優化、廢料再利用、卷料重量提高等方面介紹了提高汽車沖壓件材料利用率的方法,通過上述方法的實際應用,提高了工藝、技術水平,為后續項目的工藝設計提供了參考依據。

提高材料利用率的方法很多,更多的方法需要通過實踐驗證,例如沖壓覆蓋件下料時,將現有的直線刀或圓弧刀改為波浪刀,通過改變板坯的形狀,縮短板坯長度,從而提高材料利用率,此方法需要核算模具的投資、維修成本與提高材料利用率后的收益關系??傊?,提高材料利用率是為了降低整車的完全成本,在做提高材料利用率方案時需要結合車型產量,考慮投資成本與收益的關系。

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