Краткое содержание

Использования материала при штамповке автомобилей является ключевым показателем, определяемым соотношением массы готовой детали к общему количеству потреблённого сырого металла, и влияет до 70 % на конечную стоимость компонента. Для максимизации этого показателя необходимо отказаться от простых схем раскроя и перейти к продвинутым стратегиям, таким как двухпарное размещение заготовок (Two-Pair nesting), что позволяет повысить эффективность использования материала более чем на 11 % по сравнению со стандартными одиночными методами (One-Up). В этом руководстве подробно описаны инженерные формулы, методы размещения заготовок и оптимизация процессов, необходимые для минимизации отходов и защиты прибыльности при серийном производстве.

Экономика использования материалов

В высокорискованной сфере автомобильного производства сырьё — это не просто статья расходов, а основной фактор затрат. Данные отрасли показывают, что для большинства штампованных деталей стоимость сырья составляет от 60 % до 70 % общей стоимости детали . Этот процент значительно превышает затраты на рабочую силу, энергию и даже амортизацию сложного оборудования.

Финансовые последствия этого соотношения являются серьезными, поскольку затраты на материалы носят повторяющийся характер. В то время как штамповочная матрица — это единовременные инвестиции, рулоны стали или алюминия расходуются непрерывно. Коэффициент использования материала в размере 60% означает, что на каждый доллар, потраченный на листовой металл, 40 центов сразу превращаются в отходы (обрезь). В условиях массового автомобильного производства, где объемы часто превышают 300 000 единиц в год, даже незначительное улучшение процента выхода может привести к экономии в сотни тысяч долларов.

Напротив, пренебрежение использованием материалов на этапе проектирования создает «разрыв по выходу» — постоянную дополнительную нагрузку по издержкам, которая сохраняется на протяжении всего жизненного цикла программы автомобиля. Руководителям следует рассматривать эффективность использования материалов не просто как показатель сокращения отходов, а как основной инструмент конкурентоспособного ценообразования и рентабельности.

Расчет коэффициентов использования материалов

Чтобы контролировать затраты на материалы, инженеры должны сначала точно измерить степень их использования. Отраслевой стандарт определяет коэффициент использования материалов как процентное соотношение полосы или листа, переходящее в конечный продукт.

Основная формула

Расчет прост, но требует точных данных о размещении заготовок:

Коэффициент использования материала % = (Масса детали / Общая масса израсходованного материала) × 100

• Чистый вес: Окончательная масса готовой штампованной детали после всех операций обрезки и пробивки.
• Брутто вес: Общая масса материала, необходимого для изготовления детали, рассчитывается с использованием Питч (расстояния между деталями на полосе) и Ширина рулона .

Например, если готовый кронштейн весит 0,679 кг, но занимаемое им на полосе прямоугольное пространство (шаг × ширина × толщина × плотность) весит 1,165 кг, то коэффициент использования составляет всего 58,2 %. Оставшиеся 0,486 кг — это технологические отходы. Увеличение коэффициента использования до 68 % значительно снижает общую массу материала, необходимую на одну деталь, что напрямую уменьшает «закупочную массу» рулона.

Продвинутые стратегии размещения для максимального выхода

Наиболее эффективный способ улучшения использования материала при штамповке автомобилей — это размещение заготовок — оптимизация ориентации и расположения деталей на рулонной полосе. Выбор неправильной стратегии размещения является наиболее распространённой причиной низкого выхода годного.

Ниже приведён сравнительный анализ типовых схем размещения для типичного L-образного автомобильного кронштейна. Данные, полученные в результате моделирования отраслевых процессов, демонстрируют, как выбор схемы кардинально влияет на эффективность использования материала.

Сравнение стратегий размещения

Как показано, переход от базового Один за раз процесса к оптимизированному Two-Pair расположению может повысить выход более чем на 11 процентных пунктов. При серийном производстве 300 000 деталей такой переход снижает общее потребление стали на тонны, устраняя «ценовую надбавку», связанную с неэффективной заготовкой.

Методы инженерной и технологической оптимизации

Помимо вложения, передовые инженерные методы позволяют дополнительно повысить эффективность процесса штамповки. Эти методы зачастую требуют взаимодействия между конструкторами изделий и инженерами-технологами на ранних этапах разработки автомобиля.

Оптимизация добавок и прижимов

В процессах глубокой вытяжки требуется дополнительный материал (припуск), чтобы удерживать листовой металл в прижимах матрицы, контролировать поток материала и предотвращать образование складок. Однако этот материал в конечном итоге срезается и становится отходами. Использование программного обеспечения для моделирования, такого как AutoForm или Dynaform, позволяет инженерам минимизировать площадь поверхности припуска без ущерба для качества формовки. Сокращение заготовки всего на несколько миллиметров по краю прижима может привести к значительной экономии материала при миллионных объемах производства.

Партнерство для точности

Реализация этих оптимизаций требует компетенций, которые позволяют преодолеть разрыв между теоретическим проектированием и физической реальностью. Для производителей, стремящихся проверить эти стратегии, Shaoyi Metal Technology предоставляет комплексные решения для штамповки. Используя точность, сертифицированную по стандарту IATF 16949, и прессовое оборудование мощностью до 600 тонн, они помогают автопроизводителям перейти от быстрого прототипирования к производству высоких объемов. Независимо от того, нужно ли проверить стратегию раскроя с помощью 50 прототипов за пять дней или масштабировать конструкцию с оптимизированным выходом годных изделий до миллионов деталей, их инженерные услуги обеспечивают строгое соблюдение глобальных стандартов OEM-производителей.

Спецификация рулонного материала и TWB

Еще одним направлением оптимизации является сам формат исходного материала. Стандартные ширины рулонов могут вынудить производителя принять более широкие поля обрезков. Заказ специальных разрезных ширин, адаптированных под конкретный шаг раскроя, позволяет устранить потери по кромкам. Кроме того, Лазерная сварка заготовок (TWB) позволяет инженерам сваривать листы различной толщины или марок вместе перед штамповкой. Это размещает более толстый, прочный металл только там, где он необходим (например, в зонах столкновения), а в остальных местах — более тонкий металл, что снижает общий вес заготовки и улучшает коэффициент использования материала в автомобиле.

Управление отходами и устойчивое развитие

Несмотря на лучшие стратегии раскроя, некоторое количество отходов неизбежно. Эти «спроектированные отходы» обычно состоят из вырезов окон (отверстий внутри детали) и перемычек каркаса. Однако современные стандарты эффективности рассматривают эти отходы как потенциальный ресурс, а не как чистые потери.

• Производство из вторичных отходов: Для крупных панелей кузова, таких как двери или крылья, большие вырезы окон иногда могут быть достаточно большими для штамповки небольших креплений или шайб. Эта техника «раскроя внутри отходов» по сути обеспечивает бесплатный материал для мелких компонентов.
• Влияние на устойчивое развитие: Максимизация использования материалов напрямую связана с ответственным отношением к окружающей среде. Снижая общую массу стали, необходимой для производства автомобиля, производители уменьшают свой углеродный след, связанный с производством стали и логистикой. Процессы штамповки с высоким выходом годного поддерживают цели по стандарту ISO 14001 и обязательства автопроизводителей в области устойчивого развития, минимизируя энергопотребление на каждый полезный килограмм металла.

Заключение: Прибыль — в эффективности

Использование материала при штамповке в автомобильной промышленности является определяющим показателем эффективности производства. Поскольку затраты на материалы составляют основную часть расходов на деталь, разница между выходом 58% и 69% определяет рентабельность программы. Применяя основанные на данных стратегии раскроя, используя моделирование для сокращения припусков и сотрудничая со способными производителями для реализации, инженеры-автомобилестроители могут значительно сократить отходы. В отрасли, где прибыль измеряется копейками, максимизация каждого миллиметра рулона — это не просто хорошая инженерия, а необходимая бизнес-стратегия.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Каков коэффициент использования сырья при штамповке?

Коэффициент использования сырья — это отношение массы готовой, пригодной к использованию детали к общей массе сырья (рулон или лист), израсходованного на её производство. Он выражается в процентах: (Net Weight / Gross Weight) * 100. Чем выше процент, тем меньше отходов и ниже затраты на материалы.

2. Посмотрите. Почему использование материалов имеет решающее значение в автомобильной промышленности?

Сырье обычно составляет 60-70% от общей стоимости штампованного автомобильного компонента. Поскольку объемы производства автомобилей высоки, даже небольшие улучшения в использовании (снижение отходов) приводят к огромным совокупным экономиям и снижению воздействия на окружающую среду.

3. Посмотрите. В чем разница между гнездованием в одиночку и вдвоем?

Одно-Up гнездование штампов отдельную часть с каждым ударом пресса, часто приводит к более низкой производительности материала (например, ~ 58%) из-за неэффективного расстояния. В результате двухчасовой гнездования получается две части на удар, что позволяет лучше сочетать геометрию (гнёздание), что может значительно увеличить процент урожайности (часто > 60%) и скорость производства.

4. Немедленно. Какие материалы обычно используются для штамповки автомобилей?

Углеродистая сталь является наиболее широко используемым материалом благодаря своей прочности и доступности, доступна в различных марках, таких как низкоуглеродистая сталь и высокопрочная сталь (HSS). Сплавы алюминия также всё чаще используются в целях облегчения конструкции для повышения топливной эффективности, несмотря на то, что их формование представляет большую сложность.