提高材料利用率：工艺优化与材料规格合并的有效途径

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提高材料利用率不仅可以降低汽车制造成本，提高汽车品牌的竞争力，也符合节能降耗的环保理念。

工艺优化、落料排料优化、减少废料

对于一些异形冲压件，可以优化毛坯料在开卷落料模内的排列，减少浪费，开卷尽可能多的毛坯料，提高材料利用率。

图1为T6车型左、右内纵梁冲裁模中毛坯板料排样优化，由原来的一步生产一张板料优化为一步生产两张板料，减少了废料重量，使左、右内纵梁的材料利用率由78.2%提高到87.6%。

整合材料规格以减少废品

汽车厂为了提高市场竞争力，丰富销售产品线，每年都会推出新车型，新车型的零部件也会生产新规格的材料。当车型量产完成后，相应的专用钢材会因消耗缓慢而占用库存。因此，每推出一种新规格的钢材，都会增加库存和管理成本。汽车厂必须尽可能保证钢材的通用性，减少钢材品种。

图1 布局优化对比

图2 T6车型引擎盖外板布置优化过程

图2为T6机型引擎盖外板排样优化流程，T6机型引擎盖外板卷料宽度为1330mm，放卷步距为1820mm，需采用落料模；而X7机型引擎盖外板卷料宽度为1830mm，采用弧形摆剪进行材料剪切落料，无浪费。

由于T6引擎盖放卷节距与X7引擎盖卷料宽度相近，经现场验证，可使用X7引擎盖卷料，按照1170mm节距的参数，用圆弧摆剪生产T6引擎盖板料。

通过工艺优化，材料利用率提升3.7%，同时减少原T6机罩外板专用钢材规格，增加了材料的通用性，降低了库存和管理成本。

优化模具设计，一模多件

当一组模具上同时生产多个零件时，大零件孔处的废料可以用来生产一个或多个小零件，从而提高材料利用率。

B5款发动机罩内板模具和T7款车门内板模具（图3）分别利用发动机罩内板零件和车门内板零件孔内的废料冲压出发动机罩加强板零件和车门锁加强板，避免了使用单独材料生产发动机罩加强板和车门锁加强板。

图3 一模多件排料示意图

模具设计优化、板坯组合

模具设计时将左右对称零件设计成一起冲压，通过工艺优化，将两张板料冲出两个零件改为一张板料冲出两个零件，减少了工序补充面积，提高了材料利用率。

图4为MX3车型左右后门外板模具设计与M44车型左右后门外板模具设计对比。MX3车型左右后门外板采用一块板材冲压一个零件，该零件四个方向都需要工艺补充面；而M44车型左右后门外板采用一块板材冲压两个零件，相当于减少了一个工艺补充面。相比较而言，M44车型后门外板的材料利用率比MX3车型后门外板高出4.16%。

图4 模具设计对比

优化材料尺寸，减少毛坯尺寸

通过调整毛坯在拉深模中的定位，可以减少除拉深筋以外的多余材料的工艺补充，从而减小零件所需毛坯尺寸，提高材料的利用率。

图5为T/B型前风挡下横梁零件。对拉伸过渡部位进行观察发现，拉伸件工艺补充区有很大一部分板料毛坯没有得到有效利用。经测量，将此部位放卷步距由原来的590mm减小至560mm，并对拉伸模进行磨削、板料定位装置进行调整。经外观检查及三坐标几何尺寸测量，确认当板料步距减小30mm时，零件正常成形，质量符合标准。

图5 T/B型前风挡下横梁零件图

T/B车型前风挡下横梁部分毛坯尺寸优化后，材料利用率提高2.4%。

控制卷材公差，增加毛坯量

钢厂在生产钢卷、钢板时，对产品的厚度公差都有一定的控制范围，表1为钢卷尺寸控制标准。如果钢卷厚度按正公差交付汽车厂，开卷出来的毛坯板厚度就会比合格范围厚，造成毛坯板、冲压件的实际重量高于工序定额重量。另一方面，钢卷开卷出来的实际板料数量也会比理论数量少，造成成品率较低。

例如R33上盖件，毛坯板料规格为0.8mm×1150mm×1680mm，材料牌号为DX54D+Z，其材料共有3家供应商，3家供应商材料公差尺寸均在合格范围内，但通过跟踪发现，其中1家供应商每次开卷后实际板料数量均小于理论数量，另2家供应商开卷后实际板料数量均略高于理论数量。

R33顶盖件工序消耗定额为11.993kg，理论上10t钢卷可开卷10000kg/11.993kg=834张R33顶盖板。按照表1标准，R33顶盖件所用材料DX54D+Z屈服强度小于280MPa，卷料宽度为1150mm，小于1200mm，因此最薄与最厚板厚相差0.06mm。10t钢卷可开卷的最大板厚为996板，最小板厚为771板，相差125板。负公差交货比正公差交货，材料利用率提高15%。 因此要求钢厂对钢卷采用负公差交付，可以明显增加毛坯数量，提高材料利用率。

废物收集和回收

有些零件在开卷下料时会产生大面积的未利用废料，将这些废料利用到车身其他小零件的生产中，可以避免小零件所用材料的单独采购，节省成本，同时也提高了整车的材料利用率。

表1 卷材尺寸控制标准

图6为R33后翼子板内板片料，卷料尺寸为0.7mm×1275mm，开卷时有废料。前上盖零件片料尺寸为0.7mm×445mm×1070mm，消耗定额为2.594kg。两零件材料牌号相同。通过收集R33后翼子板开卷工序的废料用于前上盖零件的生产，材料利用率提高13%。

图6 R33后翼子板内板

采用类似方法收集R33侧围废料，卷材尺寸为0.85mm×1450mm，材料牌号为DX56D+Z；R33左、右后轮罩前部卷材尺寸为0.8mm×930mm×254mm，材料牌号为DX56D+Z。

通过收集R33侧板展开时产生的废料，并人工修剪废料，得到的矩形板材可用于生产R33左、右后轮罩零件，将材料利用率提高8％。

增加卷重，减少头尾废料

冲压工序是材料供应商供应包装好的卷料，卷料拆包后通过开卷设备剪切成冲压所需的各种形状，进而冲压出各种零件。开卷时需要对卷料的外圈和内圈进行剪切，卷料的头尾需要经过开卷设备。每卷材料的头尾大概在15米左右，这是生产的正常损耗。因此开卷批量越大，卷料的平均重量越重，开卷效率越高，卷料的平均损耗越少。

某车型整体侧板材料消耗量约60kg/车，冲压开卷线批量较大，对侧板材料重量进行跟踪，重量分布范围为7t~15t，平均重量约10t。经测量分析，若卷重提高到18吨，开卷线每批次少生产一卷卷，即少做一次卷头尾加工，侧板材料利用率可提高1%左右，开卷效率可提高5%左右。结合设备能力、运输条件，向钢厂提出卷重要求。目前此侧板材料平均卷重为18.5t，卷材折合成板材的利用率由原来的98.2%提高到99.2%（板材折算率=卷材净重/消耗定额×100%）。

综上所述

对于冲压件而言，同一零件的材料利用率体现了工艺和技术的水平。结合冲压现场的实际应用，本文从工艺优化、材料尺寸优化、废料回收、卷料增重等方面介绍了提高汽车冲压件材料利用率的方法。通过以上方法的实际应用，提升了工艺和技术水平，为后续项目的工艺设计提供了参考。

提高材料利用率的方法有很多，更多的方法需要通过实践去验证。例如，在冲压覆盖件时，将现有的直线刀或弧刀换成波浪刀，改变板坯形状，缩短板坯长度，从而提高材料利用率。这种方法需要计算模具的投资和维护费用与提高材料利用率后的效益之间的关系。总之，提高材料利用率就是降低整车总成本。在制定提高材料利用率的方案时，需要结合车型产量，考虑投资成本与效益之间的关系。

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