Con el vigoroso desarrollo de la industria del automóvil, la competencia entre las empresas automotrices se está intensificando. Reducir los costos de fabricación de vehículos y mejorar la eficiencia de la producción se ha convertido en un objetivo crucial para ellos.
El coste de producción de la carrocería del vehículo es un componente importante del coste total del vehículo. Los costos de producción de estampado incluyen principalmente costos de desarrollo de herramientas de inspección, costos de piezas de estampado, costos de estampado de moldes, costos de depreciación de equipos y costos de mano de obra.
Desde una perspectiva de diseño de procesos, reducir los costos de material y punzonado es una forma efectiva de reducir los costos de estampado.
Reducir el coste de los materiales.
La reducción de los costos de materiales se puede estudiar tanto en términos de reducir los costos de compra de materiales como de mejorar la utilización del material de las piezas estampadas.
Reducir el coste de compra de materiales.
Toda la carrocería blanca está compuesta por aproximadamente 400 piezas estampadas, variando la combinación de materiales y espesores de las piezas estampadas del automóvil entre 60 y 80.
Elegir el material y el grado correctos puede mejorar efectivamente la utilización del material y reducir los costos de compra.
Para gestionar el material y el espesor de las piezas estampadas de modelos de automóviles anteriores, se creará una biblioteca de selección de materiales.
A la hora de seleccionar materiales para los nuevos modelos de automóviles, se dará prioridad a los materiales y espesores de materiales que hayan sido verificados para modelos anteriores. Esto evitará el uso de materiales inusuales o difíciles de adquirir como láminas extra anchas y láminas de espesores especiales, etc.
El complejo proceso de adquisición de materiales especiales puede restringir severamente el ciclo de desarrollo de piezas estampadas, lo que resultará en compras múltiples de materiales en láminas, lo que aumentará los costos de transporte, almacenamiento y gestión.
Además, es necesario elegir el material y el espesor del material adecuados en función de los índices de rendimiento y los requisitos del proceso de estampado de piezas para evitar una calidad excesiva de las piezas estampadas y mayores costos de material.
Mejorar la tasa de utilización de materiales
1) Optimización del proceso de conformado.
El estiramiento y el conformado son procesos de conformado comunes que se utilizan para estampar piezas.
Para piezas estampadas que se someten a un proceso de conformado por estiramiento, la tasa de utilización del material es limitada debido al mayor perfil del proceso.
Sin embargo, algunas piezas estructurales con formas simples y pequeñas características onduladas pueden utilizar el proceso de formación de corte, lo que mejora significativamente las tasas de utilización del material.
Fig.1 Molde de pieza estampada
Tanto el proceso de embutición como el de conformado pueden lograr las piezas estampadas que se muestran en la Figura 1.
El proceso de embutición consta de tres secuencias: embutición → corte + punzonado → rebordeado.
Para garantizar un corte de calidad, la pieza diseñada debe reservar un margen de corte de 10mm aproximadamente. Este proceso aumenta la superficie de proceso adicional.
Como se ilustra en la Figura 2, el proceso de embutición tiene una tasa de utilización de material del 59,1%.
El proceso de conformado también implica tres secuencias: corte de tiras → conformado → conformado + punzonado, pero tiene una tasa de utilización de material más alta del 65,9% para estampar piezas.
Por lo tanto, si la calidad de las piezas estampadas cumple con los requisitos de uso, se prefiere el proceso de formación en blanco. Este proceso puede aumentar efectivamente la tasa de utilización del material y reducir el costo de producción de estampado.
Fig.2 Plan del proceso de dibujo
2 ) Elija un método de diseño razonable.
El diseño de las piezas estampadas se puede dividir en varios tipos, como diseño de una sola línea, diseño de doble línea, diseño mixto de dos piezas, diseño escalonado, etc.
La elección del método de diseño tiene un impacto directo en el uso del material para las piezas impresas.
La Figura 3 muestra un esquema de diseño de una sola línea para piezas estampadas, que tiene una tasa de utilización de material del 61,4%. Por otro lado, la Figura 4 muestra un esquema de diseño escalonado para piezas estampadas, con una tasa de utilización de material del 73,7%.
La tasa de utilización de material en la Figura 4 es un 12,3% más alta que la de la Figura 3.
Fig.3 Diseño de una sola línea
Fig.4 Diseño escalonado
Las piezas estampadas están fabricadas en material DC01, con un espesor de 2,0mm y un peso aproximado de 0,14kg por pieza. La cantidad necesaria para cada pieza es 1.
Basado en un cálculo del precio de la lámina de 4.500 yuanes/tonelada, el coste del material para una pieza estampada se reduce en 0,16 yuanes.
Suponiendo un plan de producción de 50.000 vehículos por año, la Figura 4 puede ahorrar 8.000 yuanes por año en comparación con la Figura 3.
Por lo tanto, es esencial optimizar continuamente el método de diseño durante la fase de diseño del proceso, determinar el mejor plan y mejorar la tasa de utilización de material del vehículo.
Durante las etapas de fabricación y producción, es esencial reconfirmar el método de diseño para garantizar que se implemente el mejor plan.
3) Aprovechamiento de residuos.
Generalmente existen dos enfoques para la utilización de desechos: utilizar grandes espacios en blanco de desechos como espacios en blanco pequeños o emplear la producción de kits.
El uso de materiales de desecho puede aumentar indirectamente la tasa de utilización del material y reducir el costo de producción del estampado. En la práctica, algunas piezas estampadas de gran tamaño deben cortarse con un proceso de embutición o material de caída para garantizar la conformabilidad, como el material de caída para aberturas de puertas laterales.
Una vez recogidos estos restos, se pueden utilizar para formar pequeñas piezas impresas directamente o tras cortar y adaptar el material y el espesor.
La Figura 5 muestra el patrón de desenrollado del material de la placa exterior de un camión, en el que el recorte cortado en la posición de la puerta se puede utilizar para producir dos pequeñas piezas estampadas para el modelo de vehículo. La cantidad de producción es exactamente suficiente para satisfacer los requisitos de una pequeña pieza estampada.
Fig. 5 Reutilización de residuos de la pared lateral de la abertura de la puerta exterior
La producción de kits se refiere a una agrupación de estampados, en la que los estampados pequeños se diseñan para encajar directamente en el área de desecho suplementaria del proceso de estampado grande. Luego se forman junto con las impresiones grandes y se separan mediante corte posterior a la secuencia. Alternativamente, se pueden producir pequeñas piezas estampadas combinando piezas izquierda/derecha en un área de proceso complementaria, como se muestra en la Figura 6.
La producción de kits puede mejorar las tasas de utilización de materiales, reducir el costo de piezas pequeñas estampadas y minimizar el costo de los tiempos de punzonado. Sin embargo, la producción de kits aumenta la dificultad del proceso, haciendo necesario optimizar repetidamente la forma del producto y realizar análisis CAE en la etapa SE para garantizar la conformabilidad de las dos piezas estampadas.
Además, es fundamental considerar el método de recolección de pequeñas piezas estampadas en la etapa de diseño para evitar defectos de calidad como golpes y rayones durante el proceso de producción.
Fig. 6 Planificación del proceso de estampado del kit.
Reducir el coste del estampado.
Hay dos formas principales de reducir el costo del estampado de automóviles: reducir el tonelaje de la prensa y disminuir la cantidad de troqueles necesarios.
Reducir el tonelaje de prensa
El tonelaje de una prensa está determinado principalmente por varios factores, incluida la fuerza de formación requerida para la pieza estampada, el tamaño del troquel, la altura de cierre del troquel y la altura de carga del troquel.
Si el tamaño del dado es el factor limitante al seleccionar el tonelaje de la prensa, es posible reducir el tonelaje optimizando la estructura interna del dado y reduciendo su tamaño. Esto, a su vez, ayuda a reducir el coste del estampado.
Cuando el tamaño del troquel se convierte en un factor limitante a la hora de elegir el tonelaje de la prensa, es crucial garantizar el rendimiento y la resistencia estructural del troquel. Al optimizar la estructura interna de la matriz y reducir su tamaño, se puede reducir el tonelaje de la prensa, reduciendo así el costo de estampado de la matriz.
Otra alternativa es elegir una prensa con una mesa de trabajo más grande al comprar equipos de prensa. Esto puede ayudar a reducir los requisitos de tamaño de la máquina herramienta para el troquel.
Reducir el número de dados
(1) Elija el proceso de producción de troqueles combinados .
La producción de matrices combinadas no solo puede reducir la generación de desechos de proceso suplementarios y mejorar la utilización del material, sino también disminuir la cantidad de moldes, ahorrando así costos de desarrollo de matrices y punzonado, como se ilustra en la Figura 7.
Cuando se utiliza la producción de troqueles combinados, el pisado izquierdo/derecho no solo mejora la formabilidad de las piezas estampadas, sino que también ahorra directamente 4 pares de costos de estampado en comparación con la producción única.
Fig. 7 Proceso de producción de troqueles combinados
La producción de troqueles combinados no se limita a piezas simétricas izquierda/derecha. Por lo tanto, durante la fase de diseño del proceso, es importante considerar completamente el proceso de producción de troqueles combinados para reducir el costo de estampado de todo el automóvil.
(2) El uso de una matriz de posiciones múltiples.
Se puede utilizar un troquel multiposición para producir una o más piezas estampadas en un único troquel con diferentes contenidos de proceso, como se ilustra en la Figura 8 (estructura del troquel).
Con esta máquina herramienta se pueden realizar tres procesos de estampación de piezas en un ciclo de punzonado:
Corte + punzonado OP20 → bridado + conformado OP30 → corte + punzonado OP40 + punzonado lateral.
El tamaño del molde es de aproximadamente 1720 mm × 1940 mm × 900 mm y se puede utilizar en una prensa de 1000 t.
El costo de un golpe es de aproximadamente 4,5 yuanes.
Si los 3 procesos de la pieza de estampado se diseñan de acuerdo con 3 juegos de matrices, los tonelajes de prensa requeridos por la matriz son 500t, 630t y 500t respectivamente, y el costo de un punzón es de aproximadamente 5,9 yuanes.
El uso de un troquel multiposición no solo reduce los costos de desarrollo del troquel y minimiza el tiempo de flujo entre procesos, sino que también reduce directamente el costo de estampación de piezas.
Figura 8 Matriz multiestación
(3) mueres progresivamente.
El diseño del proceso de troquel progresivo para un modelo de automóvil se muestra en la Figura 9.
Durante la producción, un solo operador y una prensa son suficientes para fabricar las piezas estampadas.
El uso de tecnología de troquel progresivo reduce significativamente el número de operadores y prensas necesarios, al tiempo que garantiza una alta estabilidad de la producción y garantiza eficazmente la calidad de las piezas.
Fig.9 Diseño del proceso de matriz progresiva.
- Puñetazo
- Cortar
- Cortar
- Duplicación
- Estación vacía
- Flexión 45°
- Estación vacía
- Doblado 90°
- Puñetazo
- Recortar y borrar
( 4) A equipar el diseño de dos moldes del proceso de estampado.
Algunos fabricantes de estampado instalan dos juegos de moldes en una prensa de gran tonelaje directamente o mediante una plantilla para la producción, para resolver el problema de la saturación de la producción de prensas de pequeño tonelaje y el desperdicio de recursos en la producción de moldes de una sola prensa de gran tonelaje.
Para implementar este método de producción, es necesario asegurar que las alturas de cierre de los dos moldes sean idénticas y que las fuerzas de formado requeridas sean similares, para evitar que fuerzas desiguales en los lados izquierdo y derecho afecten la precisión de la prensa.
Conclusiones
Es posible que mejorar la tasa de utilización del material y reducir el costo de punzonado no tenga un impacto significativo en una sola pieza estampada, pero puede aumentar en gran medida la eficiencia y la rentabilidad de un vehículo completo con una producción anual de más de 10,000 unidades.
Por lo tanto, las empresas automotrices deben centrarse en estudiar e implementar nuevas tecnologías y procesos de estampado para lograr estos beneficios.
También es importante mejorar continuamente la utilización de materiales y minimizar los costos de estampado, lo que ayudará a las empresas a establecer una posición sólida en la industria y facilitará un crecimiento constante.
