车身覆盖件坯料尺寸消减的实践经验

作为汽车制造业的冲压工艺，一般汽车覆盖件的原材料成本占据了整个冲压零件成本的三分之二以上。冲压零件的材料规格、坯料形状和坯料尺寸是我们控制车身成本的重要举措之一。其中，坯料尺寸的消减是模具设计和冲压生产等领域一直不遗余力去推进的方向。如何在模具设计、制造以及生产上联动起来实现冲压件坯料尺寸的消减，这里总结了过往的实践经验，以供读者参考。

案例分析

汽车覆盖件拉延工序的模具工艺设计方案直接影响到坯料的形状和尺寸。以发罩外板为例，下面结合图1 所示可以将拉延工序件的A-A 截面大致分为5个部分：①零件形状面；②拉延工序修边预留区；③拉延筋内；④拉延筋；⑤拉延筋外。对于截面图中的这5 个部分，修边工序边界线之外的区域都属于废料部分，除了开展废料回收以降低成本以外，更重要的还是优化拉延工序的模具型面和模具结构。接下来将从三个方面来介绍坯料尺寸减少的实践经验。

图1 拉延工序零件截面A-A 示意图

实施对策一

改变拉延筋的设定形状，消减拉延筋内坯料尺寸（即图1 所示的③位置处）。

通常将冲压模具的拉延筋分为两大类：方形筋和半圆形筋。拉延筋的设定取决于冲压件的拉延深度及其材料流入量。相比半圆形拉延筋，方形拉延筋由于对材料有锁死的要求，所以拉延筋外通常没有材料流入到拉延筋内的情况。

对于拉延深度较浅的零件通常使用方形拉延筋。在方形拉延筋的基础上，个别拉延深度很浅的零件可以进一步使用一种L 形拉延筋，如图2 所示，这种L形拉延筋减少了方形拉延筋的内侧壁和内侧压料面，在名称上也有人称其为“拉延坎”。模具设计上可以根据CAE 模拟，在满足模具强度和成形张力需要的情况下，计算出这种L 形拉延筋的使用范围和形状尺寸。

图2 L 形拉延筋示意图

这种L 形拉延筋相比方形拉延筋节省了内侧压料面，在冲压件的坯料尺寸上通常可以单边节省8mm以上（根据模具设计标准不同会有差异，这里数据供参考），如图3 所示。如果考虑到坯料宽幅和进料两个方向四条边的情况，则单张坯料的面积将会由L×B 消减为(L-16)×(B-16)，这在材料成本消减上是一个非常重要的对策方案。

图3 L 形相比方形拉延筋坯料尺寸消减示意图

实施对策二

采用阶形修边刃口，消减修边预留区坯料尺寸（即图1 所示的②位置处）。

对于修边模具，零件形状截面垂直于修边刃口的运动方向（在理想状态下），可以显著减少修边毛刺。虽然由于各个模具厂家的设计标准不尽相同，但是整体上修边角度θ 需要控制在一定的范围内（参考θ ≤ 15°）。为了保证这一修边角度符合设计要求，拉延工序的形状面外需要预留修边过渡区域。

图4 阶形修边刃口示意图

阶形修边刃口是在下模刃口上加工出一个很小的台阶面，如图4 所示。这种结构的修边角度δ 可以超出通常的模具设计标准要求( 参考θ ≤ 15° )，使通常拉延工序件的修边预留区得以消减。对于那些需要设定修边预留区的情况，这种修边刃口可以在冲压件的坯料尺寸上节省材料约4mm（由于模具设计标准不同该数据仅供参考），如图5 所示。通过生产经验总结，这种阶形修边刃口并没有出现修边毛刺多发而引起返修率增高的情况。

图5 阶形修边刃口使坯料尺寸消减示意图

实施对策三

提高拉延工序材料流入的稳定性并提高投料的定位精度，消减拉延筋外坯料尺寸（即图1 所示的⑤位置处）。

由于拉延工序材料流动的不稳定性，以及坯料投入到拉延模具上时定位的不稳定性，在拉延工序件的拉延筋外通常会预留一定的余量。这个余量通常单边为10 ～ 20mm（方形拉延筋余量会偏小，半圆形拉延筋会偏大，这里数据供参考），如果考虑到坯料宽幅和进料两个方向四条边的情况，筋外的余量是非常巨大的成本损失，如图6 所示。在生产稳定的前提下尽量消减筋外的余量，对消减坯料尺寸是非常重要的。

图6 消减拉延筋外坯料尺寸示意图

拉延筋外坯料尺寸消减需要在提高拉延工序和坯料定位稳定性的前提下展开。如果用关联图分析，会关联到冲压材料、冲压模具、冲压机床、自动化设备等各方面的设计企划和生产管理。从现在生产实际来看，冲压零件的拉延筋外余量是一个渐变稳定的过程，可以在风险预知的情况下采取拉延筋外尺寸消减的对策。例如，通过在拉延工序定位方面追加气缸推料机构实现高精度的坯料定位，通过拉延筋外余量的监控和数据统计进行风险预测，通过与材料厂家的联合管理提高材料稳定性等。

结束语

本文以三个对策为例介绍了坯料尺寸减少的实践经验。随着我国汽车行业的健康发展，冲压领域关联的人力资源、冲压设备、原材料、管理手段以及自动化水平等各个领域都有了长足的进步。行业综合水平的提升，促使我们需要进一步提高精益生产的管理目标，突破坯料尺寸消减的瓶颈，最终为汽车行业的节能减排、资源节约和环境友好这一宏伟蓝图做出新的贡献。

——本文选自《锻造与冲压》2019年第2期