轎車白車身沖壓件VAVE降本方案的策略研究

VA（Value analysis）是對完成品實施降低成本，擴大利潤的活動。VE（Value engineering）是通過產品工藝開發期間優化產品和工藝、完成目標成本的活動。隨著環保和能源意識的增強，市場競爭的加劇，各大汽車廠的成本意識也越來越強，降成本活動自設計之初到量產后，無時無刻不在進行。研究表明，工藝設計階段決定了產品制造成本的70% ～ 80%，而設計本身的成本僅占產品總成本的10%。在材料價格不斷上漲和汽車市場競爭日趨激烈的今天，如何在設計階段多維度的完成轎車白車身沖壓件VAVE 降本方案有著至關重要的意義。本文從優化零件設計、創新沖壓工藝和材料管理角度詳細介紹轎車白車身沖壓件VAVE 降本方案。

優化零件設計

創新沖壓工藝的成功應用要以合適的零件設計為前提，同步工程期間，零件設計要兼顧滿足功能和優化成本的要求，通過優化零件材料和零件形狀更好地實現降成本的目的。

零件材料設計

整車輕量化是目前汽車工業的發展方向，特別是車身骨架件的汽車輕量化設計，是整車輕量化的關鍵。采用高強鋼，特別是超高強度鋼板，是目前車身輕量化最經濟、有效的方法。歐日等先進汽車制造企業高強鋼零件的應用比例超過了60%，高強鋼的普及應用不僅是汽車輕量化的重要手段，也是降成本的需求。

零件形狀設計

通過對產品邊界進行合理的“合并、拆分”或“做方、做圓”使產品盡可能規整，減少局部凸出，如果局部凸出，后續再做工藝補充部分時，需要保證邊界過渡平滑緩和或進料均勻，從而增加較多的過渡部分。因此需要對產品零件“非圓、非方”部位進行合并，既減少了零件的數量，也減少了對應的模具、檢具以及工裝夾具的投資費用。

圖1 所示的轎車某車型側圍加強板，原始設計方案由3 塊TRIP600 材質1.6mm 厚板料與1 塊TRIP600材質1.4mm 厚板料拼焊而成。制件前期工藝評審中，從材料利用率、拼焊加工費用、廢品率、余廢料利用和沖壓投資成本等幾方面考慮，將產品拼焊焊縫取消，料厚統一為1.6mm，并提出產品門洞廢料利用方案，應用于轎車同車型側圍內板。該側圍加強板經過前期綜合評審、分析降成本29.36×2=58.72 元/ 車，模具投資預算降低173.63 萬元。

圖1 某車型側圍加強板改善前后成本對比分析

創新沖壓工藝

淺拉延

拉延是常用的沖壓工序，優點是提高材料的塑性并能生產穩定。但傳統的深拉延工序需要較大的工藝補充面，工藝補充面不是產品面，是工藝延伸面，這部分在后序工序中被切除，造成較大的材料損失。因此，為了顯著提高材料利用率，必須考慮將凸模輪廓線設計在零件之內，用零件的部分形狀做壓料面，這種拉延形式稱作淺拉延。

圖2 是采用淺拉延工藝的中地板，優化后的凸模輪廓線設計在零件產品上，用零件的法蘭邊做壓料面，減小了拉延深度，非常明顯地縮小了工藝補充面，材料利用率由64.5% 提升至83.9%，極大地提高了材料利用率。

(a) 深拉延工藝

(b) 淺拉延工藝

圖2 中地板深拉延工藝與淺拉延工藝示意圖

對件合模拉延

白車身上存在著大量的左右對稱件，通過對件合模共用中間部分的工藝補充面，從而減少單件的工藝補充面，提高材料利用率。但如果受到生產現場的工藝設備條件限制，導致部分工序無法進行，則使用一模雙腔的合模方式，同樣可以減少一套模具的費用。圖3 所示的左/ 右側C 柱加強板，優先考慮采用左右件對件合模拉延，提高材料利用率的同時可以提高生產效率。

圖3 左/ 右側C 柱加強板對件合模拉延示意圖

成形代拉延

成形工藝與拉延工藝相比，成形工藝沒有工藝補充面，成形前的落料片可以進行排樣優化，因而能極大地提高材料利用率。圖4 是左/ 右連接板，如果采用拉延工藝，則材料利用率僅為51.1%；而采用成形工藝，零件材料利用率提升至64.58%，且模具套數由原來的5 套減少為4 套�？梢�，成形工藝不僅能大幅提升零件的材料利用率，而且能有效減少模具套數，節約開發車身成本。

(a) 左/ 右連接板拉延工序圖

(b) 左/ 右連接板成形工序圖

(c) 成形工序出件情況

圖4 左/ 右連接板工序差異示意圖

套裁沖壓

車身大型覆蓋沖壓件，如行李廂外板、頂蓋外板、頂蓋天窗固定板、帶窗框的門外板等，產品設計時常留有較大的功能孔或者減重孔，這些孔洞部分材料在拉延過程中參與變形，在后工序被切掉，造成孔洞部分材料的浪費。為了利用這部分孔洞材料，將同材質，同料厚的小型產品零件嵌套在大零件的孔洞廢料區域與大零件一起沖壓，即套裁沖壓工藝。如圖5 所示，在背門內板和天窗固定板中嵌套小型產品零件，背門內板采用套裁沖壓工藝材料利用率由53.6% 提升至58.6%，節約材料成本5.84 元/ 車；天窗固定板采用套裁沖壓工藝材料利用率由21% 提升至33%，節約材料成本4.99 元/ 車。套裁工藝不僅能提高材料利用率，降低單車白車身成本，同時也能節約模具套數和成本。

(a) 背門內板

(b) 天窗固定板

圖5 套裁沖壓工藝示意圖

廢料利用

一般情況下，側圍、門外板（帶框）和頂蓋等產品零件在落料或者生產中會產生較大的廢料。如圖6所示，轎車某車型側圍外板在開卷落料工序中產生4片尺寸比較大的廢料，如果不利用，這部分材料就會白白浪費。為了提高材料的利用率，需要對這些廢料進行有效收集，將其用于生產同材質和同料厚的小件，如尾燈固定板和加油口蓋等。通過回收利用，材料利用率達到47.2%，節約材料成本8.4 元/ 車。需要注意的是，如果廢料利用在加油口蓋等有表面品質要求的零件，廢料收集過程中要避免出現表面劃痕。

(a) 廢料示意圖

(b) 改善前和改善后樣本材料利用率對比圖

圖6 廢料利用優秀案例

料片形狀及排樣優化

落料是常見的沖壓工序，可以通過合理排樣來提高落料工序材料利用率，下面介紹幾個合理運用落料工序的實例。

方板料向梯形料優化

圖7 所示的左/ 右前門內窗臺加強板零件形狀的特點是對件成雙生產時前窄后寬，生產板料由方板料優化為梯形料，材料利用率由39.6% 提升至46.29%。圖7 中的梯形料既可以使用剪板機下料，也可以使用落料模下料，但剪板機下料的尺寸精度差；由于左/ 右前門內窗臺加強板是材質為440W 的高強鋼零件，為避免因板料尺寸波動而影響零件形面尺寸的穩定性，梯形料優先選用落料模下料。

(a) 收料線 

(b) 方料落料

(c) 梯形料落料

圖7 左/ 右前門內窗臺加強板板料優化示意圖

方板料向形狀料優化

圖8 所示的加油口蓋固定座延伸板的板料由方板料優化成帶圓弧的弧形料，弧形料弧形部分可以共用，材料利用率由71% 提升至84%。

(a) 產品圖

(b) 方板料落料

(c) 形狀料落料

圖8 加油口蓋固定座延伸板產品及板料優化示意圖

通用的弧形料落料

弧形落料常用于行李廂蓋內外板、發動機罩內外板、頂蓋橫梁和前風窗橫梁等�；⌒温淞闲问饺鐖D9 所示，圓弧部分可以共用，提高了材料利用率。當開卷的弧形相似時，可以通過調整開卷步距實現不同制件弧形落料模的共用，這不僅有利于提高材料利用率，而且降低了工裝投入。

(a) 產品圖

 (b) 弧形落料圖

圖9 行李廂內板產品及通用弧形料示意圖

優化排樣圖

制件的落料形狀多種多樣，落料工序的排樣思路也是“條條大路通羅馬”，如何選取最優的排樣方案是提高落料工序材料利用率的關鍵。如圖10 所示，前線束固定支架的落料方案有四種，材料利用率從57% ～ 74% 不等，梯形料方案最優為74.6%�？梢�，借助AutoForm 分析軟件獲得最優的排樣方案能大大提高材料利用率。

圖10 前線束固定支架落料排樣方案及其材料利用率示意圖

材料管理

材質和料厚

在滿足產品、工藝要求的前提下，選擇現有車型所用的材質、料厚，形成材料平臺，為后續采購、庫存管理提供便利。如普通冷軋板的關鍵性能要求就是其拉延性，所以在符合產品質量要求的前提下盡量選擇低牌號的材料。而對于料厚的選擇，除了要考慮車身成形后的強度、重量外，還要注意料厚的大眾化。

卷寬的選擇

在鋼板規格種類中，不管是定尺板還是卷板，同種材質、料厚的材料，卷寬不同售價不同。要想降低成本，就要從采購卷寬的制定上下功夫，圖11 是卷寬和鋼板價格的關系圖，在保證材料利用率的前提下選取不加價的卷寬區間。

圖11 卷寬與鋼板價格的關系

料厚偏差選擇

板材的料厚存在偏差要求，通常在偏差允許的范圍內，應首先選用下偏差的板材，以保證訂購的卷料能多出板材，從而節約采購成本。材料采購隨車型產量適時調整規劃車型時，注意生產車型數量與采購批量相匹配。對于產量較小的車型，設計時應注意減少此車型專用材料規格，進行規格合并，避免新訂購卷料使用時間過長而造成材料性能下降。對于產量較大的車型，可適當增加材料采購品種。

結束語

本文從優化零件設計、創新沖壓工藝和材料管理角度詳細介紹了轎車白車身沖壓件VAVE 降本方案。對于縮短模具制造周期，降低白車身沖壓件成本，具有良好的經濟效益。轎車公司不斷完善VAVE 降本方案的策略，最終達到縮短產品開發周期、實現降低白車身成本的目的，使產品在合適的時機，以優惠顧客的價格推向市場，實現良性產品線循環的終極目標。