东风本田：汽车侧围外板材料利用率提升方法研究
材料利用率影响因素为零件质量及使用材料的品质，零件质量越大，使用材料的品质越少，材料利用率就越高，反之则越低。零件的质量主要受其结构 影响，材料的品质主要受其尺寸影响，因此分析材料 利用率主要从优化零件结构及材料尺寸 2个方面 展开。
侧围外板是汽车所有覆盖件中装配关系最多的零件，需要与顶盖、四门、尾灯等零件进行装配，因此其外周轮廓和内部轮廓复杂，开口较多，影响其材料利用率。如图1所示，通过对现有5个车型侧围外板开口面积和材料利用率的调查，得出以下结论：零件的开口面积占比越大，材料利用率越低。因此能通过优化零件结构设计，最好能够降低开口面积，增加零件质量，提升材料利用率。
侧围外板材料由于成形性的要求，一般为异形材料，通过落料模生产得到。侧围外板在落料生产过程产生4块边角料，如图2所示，分别位于尾箱和前立柱上部、轮毂和前立柱下部、后门洞部、前门洞部。这些边角料通常以废料形式进行处置，降低了侧围外板材料利用率。因此考虑将侧围外板4块边角料尺寸尽量缩短和二次利用落料废料，可有效提升侧围外板材料利用率。
零件结构优化的目的是为了最好能够降低零件开口面积，通过白车身图纸确认，侧围外板开口部零件为焊接加强件，因此考虑将焊接加强件和侧围外板进行一体化设计。为满足车身强度要求，侧围外板和周边焊接加强件一体化设计需遵循以下原则：①材质等级≤JAC27D-45/45；②板料厚度≤0.6mm。在零件结构设计早期阶段，选择正真适合的焊接加强件与侧围外板合并，实现一体化设计。最终确定流水槽、尾灯安装盖板与侧围外板进行一体化设计，如图3所示。
冲压工艺补充的合理性关乎零件的成形质量和制造成本，因此冲压工艺设计过程也是逐渐完备、优化的过程。覆盖件的冲压工艺在保证成形质量的前提下，尽量采用最小工艺补充面；在不影响零件冲压成形性能和模具结构强度的前提下，工艺补充面参数尽量采用最小值。
侧围外板工艺补充断面如图4所示，前立柱采用拉深、垂直修边工艺，拉深工艺补充在保证A柱成形充分的前提下，尽量采用最小的拉深深度h1和侧壁拔模角θ1，如图4中A-A所示，在满足修边刀块强度的前提下，尽量减小修边延长线中B-B所示，顶棚部位采用浅拉深、垂直修边、侧整形工艺，拉深工艺补充在保证A面（外观面）成形充分及无冲击痕的前提下，尽量采用最小的拉深深度h2和侧壁拔模角θ2。如图4中C-C所示，裙边部位采用浅拉深、垂直修边、侧整形工艺，拉深工艺补充在保证裙边成形充分的前提下，尽量采用最小的拉深深度h3和侧壁拔模角θ3。如图4中D-D所示，尾灯部位采用拉深、修边和整形复合工艺，拉深工艺补充在保证尾灯处成形充分的前提下，尽量采用最小的拉深深度h4和侧壁拔模角θ4。如表1所示，统计了5个已量产车型侧围外板工艺断面参数，以此经验作为参考设定该侧围外板工艺参数。
为了能够合理有效地利用侧围外板在落料过程中产生的边角料，基于二次利用材料适用部品筛选条件，如表2所示，采用AutoForm成形分析软件做多元化的分析，当无起皱、开裂等明显缺陷时，判定适合二次利用。该车型最终选定油箱盖内板适用侧围外板前门洞处废料，如图5所示。
为了实现侧围外板与子零件一体化，对冲压工艺设计的基本要求更高。尾灯安装盖板一体化，型面更为复杂，难点在于成形时会开裂及工序排布困难，工艺设计如图6中A-A所示，OP10过拉深、OP20修边整形。流水槽一体化难点在于零件整形工序回弹，导致精度不良，工艺设计如图6中B-B所示，OP10过拉深、OP20修边、OP30整形。
零件制造可行性前期通过CAE虚拟分析做验证，避免实物调试出现不良，荒度时间及精力进行反复改修。利用AutoForm软件导入CAD冲压工艺模面，按照工艺方案依次设置拉深、修边、翻边各工序的工具体和工艺参数，各工序工具体有限元模型如图7（a）所示。通过CAE软件虚拟分析，确认是否有开裂起皱等不良现象，否则进行工艺模面调整，最终符合各项CAE判定基准，如图7（b）所示。
制定冲压工艺后，为实现各工序工艺内容，有必要进行合理的模具结构设计。如图8中A-A所示，尾灯部位在OP20工序进行修边整形复合，根据设定进入量，先外侧修边后再内侧整形。如图8中B-B所示，流水槽部位在OP30工序使用40°斜楔侧整形，下模为活动凸模，冲压完成后回退便于零件取出。
按照已设定的模具结构可以进行冲模制造，并利用虚拟CAE成形工艺参数及仿真结果指导模具调试，得到图9所示的侧围外板和油箱盖。从图9能够准确的看出，侧围外板成形充分，无开裂、起皱及明显的外观面凹陷等缺陷，满足零件批量生产的需求，同时油箱盖精度满足白车身配合尺寸要求。
通过采取以上对策，侧围外板材料利用率提升4%，实现了白车身材料费、子部品焊接费、涂胶费以及外购零件费用削减，单台成本降低10.8元，如图10所示。
