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五金模具设计必备!如何提高冲压件材料利用率
浏览: 发布日期:2019-09-15
近几年随着人们生活水平的提高,汽车需求量也越来越大,各汽车厂的竞争日趋激烈,不断投入具备成本竞争力的新车型抢占市场,与此同时,用于生产汽车钢材所需的铁矿石与焦炭等自然资源却日趋紧张。提高材料利用率,不仅能降低汽车的制造成本,提高汽车品牌的竞争力,而且也符合节能降耗的环保理念。
 
工艺优化
落料排样优化,减少废料
针对一些异形的冲压件,可以对开卷落料模具内毛坯板料的排布方式进行优化,以减少废料,尽可能多的开卷出毛坯板料,提高材料利用率。
图1为T6车型的左右内纵梁落料模内毛坯板料的排样优化,将原先一步距产出一张板料,优化为一步距产出两张板料,减少了废料的重量,使得左右内纵梁的材料利用率从78.2%提升到87.6%。
材料规格合并,减少废料
为提高市场竞争力,丰富销售产品阵线,每年汽车厂都会有新车型的投入,新车型零件投入都会有新规格材料产生。当车型批量生产结束时,对应的专用钢材都会因消耗缓慢而占用库存,因此每增加一种新规格的钢材就会造成库存和管理成本的增加,汽车厂必须尽可能保证钢材的通用性,减少钢材的品种数量。
 
为T6车型的机罩外板排样优化过程,T6车型的机罩外板卷宽为1330mm,开卷步距为1820mm,需要使用落料模;而X7车型的机罩外板的卷宽为1830mm,使用弧形摆剪剪切落料,无废料。
由于T6机罩的开卷步距与X7机罩卷料的料宽相近,通过现场验证,可以使用X7机罩的卷料,按步距1170mm的参数,用弧形摆剪生产T6机罩的板料。
通过工艺优化,材料利用率提高3.7%,同时减少原T6机罩外板专用的钢材规格,增加了材料的通用性,降低了库存与管理成本。
模具设计优化,一模多件
在一套模具上同时生产多个零件时,利用大零件孔洞处的废料生产一个或多个小零件,达到提高材料利用率的效果。
B5车型机罩内板和T7门内板的模具,分别利用机罩内板和门内板零件孔洞处废料,冲压出机罩加强板零件和门锁加强板,避免了单独使用材料生产机罩加强板及门锁加强板。
 
模具设计优化,板坯组合
模具设计时,将左右对称零件设计在一起冲压成形,通过工艺优化,将两张板料冲压出两个零件改为一张板料冲压出两个零件,减少工艺补充面积,提高材料利用率。
图4为MX3车型的左右后门外板零件模具设计与M44车型左右后门外板模具设计对比。MX3车型的左右后门外板一张板料冲压一个零件,零件的四个方向都需要工艺补充面;而M44车型左右后门外板为一张板料冲压出两个零件,相当于减少一个工艺补充面。通过对比,M44车型后门外板材料利用率比MX3后门外板材料利用率提高4.16%。
 
通过调整毛坯板料在拉延模内的定位,减少拉延筋以外多余材料的工艺补充,从而减小零件所需的毛坯板料尺寸,提高材料的利用率。
图5为T/B车型前风窗下横梁零件,对拉延成形过渡件观察发现,拉延件的工艺补充区域还有很大一部分毛坯板料未被有效利用,通过测量,将此零件的开卷步距从原来的590mm减少到560mm,并对拉延模进行研合、对板料定位装置进行调整,经过外观检查和三坐标测量几何尺寸后确认:在板料步距减小30mm的情况下,零件成形正常,质量符合标准。
 
T/B车型前风窗下横梁零件通过毛坯尺寸优化后,材料利用率提高2.4%。
控制卷料公差,增加毛坯数量
钢厂在生产钢卷和钢板时,对产品的厚度公差有一定的控制范围,表1为卷料尺寸控制标准。如果钢卷的厚度是按正公差交付到汽车厂,则开卷出来的毛坯板料厚度会在合格范围内偏厚,会造成毛坯板料和冲压零件的实际重量高于工艺定额重量,另一方面,会造成钢卷开卷出的实际板料数量少于理论数量,造成成材率降低。
例如R33顶盖零件,毛坯板料规格为0.8mm×1150mm×1680mm,材料牌号为DX54D+Z,其材料有三家供应商,三家供应商材料的公差尺寸均在合格范围内,但通过跟踪,其中一家材料每次开卷后的实际板料数量均少于理论数量,而另外两家钢卷材料开卷后的实际板料数量均略高于理论数量。
R33顶盖零件的工艺消耗定额为11.993kg。一个10t重的钢卷理论上可以开卷出R33顶盖板料为10000kg/11.993kg=834张。按照表1标准,R33顶盖零件使用的DX54D+Z材料的屈服强度小于280MPa,卷料宽度为1150mm,小于1200mm,因此最薄与最厚的板料厚度差异为0.06mm,则一个10t的钢卷最多和最少可以开卷出的板料张数分别为996张和771张,差异为125张,在采用负公差交货的情况下,相比正公差交货提高了15%的材料利用率。因此要求钢厂对钢卷采用负公差交货,可以显著增加毛坯数量,提高材料利用率。
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