近年来，中国新能源汽车快速发展，市场竞争日益加剧，质量和成本是竞争中两个最重要的考量因素。在保证产品质量的前提下，如何最大限度地降低制造成本，是企业赖以生产并保持可持续发展的途径之一。整车部件中，超过一半以上的零件（60%～70%）是通过冲压加工所得，冲压生产成本（包含材料成本）占汽车生产总成本的40%左右。因此，在冲压工艺上下功夫，对降低制造成本会有很明显的效果，提高单车材料利用率是冲压降本的方向。
一台车身冲压钣金质量在kg左右，可以估算单车钣金原材料在kg左右。假设单车材料利用率提升1%，原材料将减少约15kg，单车成本降低元，每年将为企业带来上千万元的成本节约。因此，本文以新能源汽车冲压板料材料利用率为研究对象，结合同步工程分析方法，从产品设计优化、冲压工艺优化等方面提出多种提高材料利用率的方法，对国内各大车企降本有较好的指导意义。
材料利用率计算方法
在冲压领域，材料利用率指的是合格产品中材料消耗占原材料的比重，材料利用率越高，说明材料被利用的程度越高，即浪费的材料越少。同时，材料利用率是衡量合理利用材料的经济性指标，它是从经济角度对材料节约的一种反映。一般有面积计算法和质量计算法两种方式，其中质量计算法应用较面积计算法更广泛。
1.面积计算法
面积计算法为:材料利用率=单位步距内冷冲模的实际面积/(条料宽度×步距)×%。
2.质量计算法
质量计算法为:材料利用率=产品质量/坯料质量×%，其中产品质量是最终生产出来的单个零件质量，坯料质量是实际生产单个零件最初使用的板料质量。
同步工程阶段材料利用率提升方法
同步工程即SE，是SimultaneousEngineering的缩写，它是指对整个产品开发过程实施同步、一体化设计，促使开发者始终考虑从概念形成直到用户使用（保养、维修等）的整个产品生命周期内的所有因素（包括质量、成本、进度和用户要求）的一种系统方法。通过开展同步工程可降低工艺难度，提前识别潜在的产品设计问题以及影响制造的问题，降低开发成本，修正设计缺陷，提高产品质量。冲压同步工程是在整车开发过程中，对车身冲压零件进行冲压工艺分析，并借助于AutoForm或Dynaform等专业软件展开CAE分析，从而识别产品设计或制造问题，并提供优化方案反馈给产品设计人员，以此进行产品改善和工艺优化，降低模具制造的风险和成本，确保冲压件的质量。同步工程开展先于后期的工装开发，在同步工程阶段，包括产品造型、结构、外观、分缝等都未完全敲定，产品设计仍可通过工艺部门输入的方案进行产品优化设计，并且，在该阶段，用于制造的工装设备还未开发，避免了工装设备改变带来的巨额费用。因此，在同步工程阶段引入材料利用率概念并开展提升工作意义重大，成本最低，效果也最显著。
1.产品设计优化
（1）外观分型线优化
汽车覆盖件基本都是采用拉延成型工艺，不同的产品形状有不同的工艺补充，如果分型线位置不合理，就会导致材料利用率降低从而增加制造成本。某车型
侧围外板与翼子板分型线如图1所示。
图1
从制造工艺性审核，按原分型线设计两个零件都是可加工的，但从材料利用率及制造成本方面考虑，如果将翼子板与侧围的分型线调整到图示位置后（图1和图2红线位置），每个翼子板可节约材料30mm2（长度方向减小35mm，宽度方向为0mm），如图2所示。经分析侧围与翼子板的装配关系可知，更改分型线后，侧围材料利用率基本不变，综上所述，按图2所示位置更改分型线可以提高材料利用率，降低生产成本。
图2
（2）减小零件纵向尺寸
零件的纵向尺寸直接影响了拉延的深度，而拉延深度越深，成型裕度越差，超过成型安全裕度范围时，往往要采用二次或多次拉伸工艺，多次拉伸工艺需要
更大的压料面和更大的工艺补充，材料利用率比一次拉伸工艺差。
（3）分件
异型零件，如图3所示，板料展开口两头最宽处为mm，中间最窄处为
mm，中间段87mm均不能合理利用，如按该结构设计，材料利用率低。将两头尺寸较大的部分和中间尺寸较窄的部分分开，即按照虚线分件，材料利用率可提升至少6%。
图3
（4）优化零件边角
零件边角是限制材料利用率的一大重要因素，以某车型后围内板为例，如图4所示，该板料的边界点为图下方虚线范围内的两个尖角处，可通过优化零件边
角，提升材料利用率。如图5所示，将优化边角前后零件放一起对比，灰色为原零件，得出零件上方边界缩短20mm，下方两边角优化75mm。优化前后的板料尺寸如图6所示，材料利用率对比如表所示，优化后材料利用率提升5.6%。
表1
图4
图5
图6
2.冲压工艺优化
在产品工程师设计产品结构的同时，冲压同步工程师开展相应的同步工程工作，包括工艺分析、成型性分析等。冲压涉及多种工艺，所采取工艺的优劣也会对材料利用率产生较大的影响，从以下几个方面提出优化建议。
（1）采用浅拉延或成形工艺
对于覆盖件，在保证产品质量和成型性的前提下，尽可能采用浅拉延成型，使得工艺补充最小化。特殊情况下，可直接使用零件法兰作为压料面，间接地降
低了拉延深度，最大限度地提升材料利用率。图7为某车型侧围外板B柱顶梁处断面，其中图7a为常规拉延工艺，工艺补充做了一个撑料台阶，拉延深度较深，工艺补充较大，材料利用率低；图7b为浅拉延工艺，这种冲压工艺拉延深度浅，工艺补充无台阶，工艺补充最小化，显然材料利用率高。对于结构件，在满足质量的前提下，尽可能采用成形工艺，以某车型后地板上横梁为例，该零件结构平整，深度较浅，两种工艺都可满足零件生产。采用拉延工艺时，需要拉延、修边、翻边以及冲孔4道工序，模具成本高，并且材料利用率61%；而采用成形工艺时，只需要落料、翻边以及冲孔3道工序，材料成本较拉延低很多，材料利用率达到85%，两种工艺材料利用率相差24%。
图7
（2）一模多件
车身整体呈左右对称形式，因此，通常车身零件也是左右对称的。针对左右对称件或者结构相似仅局部造型差异的零件，往往采用共模生产工艺；另外还有
一种方式为一模多件，即一套模具一次能生产多个同样零件，这种方式是通过减少工艺补充（工艺补充最小化）达到提高材料利用率的目的。如图8所示，以后地板为例，图8a为单件拉延时板料尺寸，可以看出途中右侧部分工艺补充大，造成材料浪费；图8b为双拼共模生产时的板料尺寸，与单件拉延时相比，双拼拉延只有对拼部分造成很小区域的材料浪费。单件拉延时，材料利用率为84.4%，双拼拉延时，材料利用率为91.2%。
图8
（3）采用落料方式下料
开卷落料技术最常见的有摆剪、常规落料模以及排样落料三种，摆剪在发动机舱盖、后门外板等零件中应用最广泛，大多数异型件均要采用落料模进行落料，落料工艺也同样可以影响材料利用率，以某车型顶盖为例，采用锯齿落料刀落料，材料在长度方向可剪短20mm左右，材料利用率可提升0.6%，如图9所示。对于结构件，板料尺寸较小，落料时还要考虑排样。排样方式也多种多样，通过AutoForm软件的板料排样功能可以选择最佳的排样方式，从而最大限度地增加材料利用率。
图9
3.套料工艺
（1）套模工艺
在生产过程中，尤其是大型覆盖件的生产，例如顶盖天窗位置、门内板窗框位置等都会出现大量的材料浪费，套模工艺（废料区域加工成其他零件）可有效
利用这些浪费的材料，从而提升材料利用率。图10所示为后门内板与门框加强板套模，显然可以看出，门窗框废料位置通过加工成其他零件，可以提高材料利用率。
图10
（2）废料再利用
除了对浪费材料在同一模具中生产新的零件的做法外，还可以对废料单独开模生产其他零件，这种需要在落料时就把废料部分单独落下，以某顶盖天窗加强板为例，常规冲压后零件及落料工艺如图11所示，材料利用率为31.49%。优化落料工艺，中间mm×mm部分落料时收集，废料再利用，如图12所示，材料利用率为46.24%，提升15%。
图11
图12
4.焊接工艺优化
（1）优化激光焊接分缝线激光拼焊板在冲压工艺中的使用也越来越广泛，研究发现，激光拼焊线对材料利用率也有一定的影响。激光拼焊板拉延有个特点：为保证激光焊缝位置料流均衡，通常激光焊缝线会与板料线平行。以某车门内板为例，如图13所示，激光拼焊线与板料线平齐的情况下，门槛下沿与板料线会有一夹角θ，这个夹角会造成材料的浪费，这种状态下，材料利用率为66.5%。在上述基础上，焊缝转动2°角，即可保证激光焊缝以及门槛下沿同时与板料线平行，如图14所示。这时，板料在长度方向由原来的mm缩短到mm，减少了30mm，材料利用率提升至67.5%。
图13
图14
5.其他控制方法
除上述方法外，工艺补充最小化，板料尺寸最小化，规范拉延筋到入模R角距离最小化，尽可能考虑敞口或开口拉延，提升成形裕度，拉延完成后收料线到
拉延筋距离最小化等方法对材料利用率都有一定的提升作用。
结束语
综上所述，提升材料利用率的方法很多，在同步工程阶段提出改善可以避免后期改进引起的工装设备变更，这个阶段考虑材料利用率提升成本低并且效果最佳。主要做法有以下几点：
1）产品设计是整车开发的
源头，产品优化是材料利用率提升方法实施的首要方案，并且应该从油泥模型或者CAS面开始着手材料利用率提升事宜。
2）产品结构固化情况下，
冲压工艺优化对材料利用率提升也有很显著的成效，对于覆盖件，最大限度地提升成型裕度，采用浅拉延工艺；对于结构件，综合考虑产品结构尺寸及复杂程度，首选成形工艺；落料工艺的使用和优化对材料利用率提升可起到锦上添花的效果。
3）对于特殊结构产品，套料工艺和优化激光焊缝线等对于材料利用率提升有一定的作用。文中所总结的多种材料利用率提升方法，均需结合实际案例分析，希望对同行降低整车成本有一定的指导和借鉴意义。
-完-
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