来源：《锻造与冲压》杂志2023年第14期

　　文/李言波，李大伟，华永兴，赵振勇·河钢集团有限公司

　　截至2022 年中国市场汽车产销量已经连续14 年位居全球第一，是全球最大的汽车市场，但自2018 年开始中国汽车产销量首次出现了下降拐点，近几年一直处于下降与震荡回调的状态。同时，2022 年我国新能源汽车产销迈入700万辆的规模，同比增速90%以上，市场占有率达到1/4，产销量已经连续8 年保持全球第一。可见国内新能源汽车与传统燃油汽车竞争日益激烈，新能源汽车正在逐步抢占传统燃油汽车的市场份额。

　　降本是目前各大汽车主机厂在每个车型整个生命周期都非常关注的一项核心工作。汽车降本一般分为开发阶段降本以及量产后降本，在新车型开发阶段通过新产品设计、新工艺方法以及新生产线布置优化等方式可实现20%～30%的降成本，在车型量产阶段通过对生产零件的工艺优化、材料变更及属性优化等可实现3%～5%的降成本。由于中国汽车市场正处于容量巨大且竞争白热化的阶段，中国市场范围内的国内外各大汽车主机厂面临着巨大的成本压力与生存压力，因此汽车主机厂除了注重新车型设计开发阶段的降本工作之外，也越发重视量产车型生产阶段的降本工作。

　　随着国内汽车主机厂自主设计与生产能力的提升，国内汽车主机厂已经对量产车型生产与使用阶段的整体降本工作展开了系统性研究，车身材料作为汽车生产冲压工序的三要素之一，占到冲压成本的60%以上，汽车主机厂也针对车身材料从商务与技术降本层面提出了更高的要求，也与汽车用钢板供应商共同开展车身材料的降本工作。作为车身材料的供应商，国内外各大汽车用材料的供应商也在车身开发与生产过程中加强原材料降本技术支持，为汽车主机厂提供车身材料及降本解决方案，提升自身综合竞争力。

　　本文从车身原材料的角度阐述了量产车型车身材料的不同降本路径与应用实践。

　　量产车型车身材料降本思路

　　通常汽车主机厂的新车型从设计开发阶段到量产阶段的周期一般在2 ～3 年左右，由于车型设计开发阶段周期的限制，对于材料供应商的选择、车身材料的选择与零件坯料尺寸等方面没有充足的时间进行优化，导致量产上市后的新车型存在一定的车身材料优化与降本空间，非常有必要开展车型量产阶段车身材料的降本工作。

　　由于量产车型车身零件的造型设计、材料属性、模具结构、生产工艺等均已确定，因此与新车型设计阶段相比，量产车型车身材料的降本工作存在诸多限制，无法进行较大的设计更改，所以量产车型车身材料的降本路径相对比较少，主要降本路径如图1 所示。

图1 量产车型车身材料降本路径

　　商务降本

　　商务降本是量产车型车身材料降本直接且高效的手段之一，目前汽车主机厂与材料供应商之间的商务合作方式灵活多变，量产车型车身材料的主要商务降本路径有供应商年降与供应商切换等方式。

　　由于新车型量产后整个生命周期的销量具有不确定性，一部分材料供应商会与汽车主机厂确定车型量产初期1 年左右的车身材料价格，随着车型量产后产销量的提升与成本的摊销，汽车主机厂通常会要求材料供应商进行车身材料价格的年降，即每年以一定比例进行车身材料降价。

　　因材料供应商产品质量、品牌知名度、地域与运输距离等存在差异，不同供应商的车身材料价格存在一定差距，部分汽车主机厂也会针对量产车型的一部分零件切换为低成本的供应商材料，通过切换供应商的方式实现降本的目的。

　　材料属性降本

　　由于汽车设计过程中对车身材料的尺寸、镀层重量等材料本身属性存在一定的误差与富裕设计，因此量产车型车身材料具备一定的材料属性降本空间。

　　尺寸公差优化

　　多数汽车主机厂对于车身材料的厚度与宽度公差通常要求按照企标或国标执行，通常厚度公差为正负公差要求，宽度公差为正公差要求，而不同尺寸公差要求对于产品加工过程、产品尺寸有一定影响，可以从优化尺寸公差的角度，进一步优化产品加工工序与产品尺寸，达到车身材料降本的目的。

　　对于厚度公差，大多数汽车主机厂(如美系、欧系与国产车企等)均要求汽车板厚度公差为正负公差，如国标GB/T 708-2019《冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》中不同厚度冷轧钢板或钢带产品的厚度公差从±0.020mm 到±0.210mm 不等，汽车板产品厚度越厚，厚度公差也越大。可以尝试采用汽车板产品厚度负公差的方式，在满足厚度公差要求的前提下达到降低汽车板产品厚度的目的，从而实现车身材料的降本目的。当然这比较考验材料供应商供货水平与技术能力，材料供应商需要更高的装备水平、控制工艺甚至牺牲成品率才能达到厚度负公差的要求。目前部分日系车企采用材料厚度负公差。

　　对于宽度公差，国标GB/T 708-2019《冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》中不同宽度与切边要求的冷轧钢板或钢带产品的宽度公差从0～+2mm到0～+6mm不等，汽车板产品宽度越宽，宽度公差也越大。对于边部宽度尺寸要求不高的零件可以降低宽度公差要求，如宽度公差由0 ～+3mm降低要求至0 ～+6mm 甚至更大，这样材料供应商可以采用不切边的方式供应材料，提高成品率或减少切边工序，在一定程度上进行降本。

　　对于长度公差，与宽度公差降本方式类似，对于长度尺寸要求不高的零件可以降低长度公差要求，提高产品成品率，实现一定程度上的降本。

　　镀层种类与重量优化

　　汽车主机厂通常会对不同防腐性能的汽车板镀层产品有不同镀层种类、不同镀层厚度的要求，以汽车用钢板为例，汽车用钢板的镀层种类有镀锌(纯锌镀层GI 板和锌铁合金镀层GA 板)、镀锌铝镁等，镀层重量从40g/m2 到600g/m2 不等。

　　对于镀锌汽车板产品，目前欧系、美系以及国产车企采用纯锌镀层GI 产品，日系车企采用锌铁合金GA 产品。对于防腐性能，研究表明锌铁合金GA 产品与纯锌镀层GI 产品防腐性能接近。但由于国内锌铁合金GA 板产品生产线远少于纯锌镀层GI 产品，因此锌铁合金GA 板产品价格要高于纯锌镀层GI 产品，鉴于此，部分日系车企也已经尝试将锌铁合金GA 板产品替换为纯锌镀层GI 产品。

　　与镀锌产品相比，锌铝镁产品具有更好的表面防腐性能、切边自愈与防腐能力，研究表明锌铝镁产品防腐能力可以达到镀锌产品的6 ～7 倍。因此，锌铝镁产品可以应用于更严苛防腐环境下的车身零件，也可以使用更薄镀层的锌铝镁产品替代厚镀层的镀锌产品，达到降本的目的。

　　不同镀层种类与镀层重量的汽车用钢板的价格存在几十元/吨到上千元/吨不等的价格差异，因此对于量产车型可以从车身材料镀层种类与重量优化的角度进行降本。

　　材料替代降本

　　对于量产车型，材料替代技术降本路径主要有同级别材料替代与高强减薄材料替代等方式，下面将逐一介绍两种技术降本路径的技术要点。

　　同级别材料替代

　　同级别材料替代是指材料强度级别相近材料的替换，通常是在有一定成本优势的情况下进行的。同级别材料替代需要同时考虑材料基本性能、使用性能、零件和整车性能等均满足要求，又要考虑材料替代成本，需要关注的点如下。

　　⑴材料基本性能要尽量接近或一致。为了保证同级别材料替代切换成功率，切换材料的性能应尽量与被切换材料的性能保持接近或一致，包括基本力学性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率、n 值和r 值等)、表面性能(表面油品、表面粗糙度等)、成形性能(成形极限FLC、弯曲性能、扩孔性能等)等。

　　⑵使用性能确保满足要求，包括冲压、焊接和涂装等使用性能。

　　⑶零件和整车性能满足要求，包括单个零件的基本尺寸满足要求，零件总成的尺寸、刚度等性能满足要求等，如有必要需要汽车主机厂虚拟部门进行整车性能的虚拟分析与验证。

　　高强减薄材料替代

　　高强减薄材料替代是指使用更高强度、更薄的材料替代原有材料，需要兼顾性能与成本。与同级别材料替代相比，高强减薄材料替代的验证相对复杂，除了要验证基本性能与使用性能之外，因零件的材料强度与厚度均发生了变化，高强减薄材料替代需要更加关注零件结构强度变化及对整车性能影响，需要关注的点如下：

　　⑴车身零件可参照经验公式进行高强减薄材料替代的实施以保证零件功能的要求与结构的稳定，具体如公式1 所示。

　　式中: 原材料t1，σ1 和高强钢材料t2，σ2 分别表示两种材料相对应的厚度和屈服强度，N 为由变形形式决定的数值。

　　⑵经济性评估可以根据t1×P1 是否大于t2×P2(P为材料单价)来判断，大于则有一定的经济性，可以推荐实施。

　　⑶高强减薄材料替代通常需要汽车主机厂虚拟部门分析并验证替换零件与材料对整车性能的影响。

　　坯料尺寸优化降本

　　在新车型的零件设计与可制造性分析过程中已经开展了零件坯料尺寸优化工作，但是由于新车型开发的时间限制、开发到量产各方面工作量较大等因素，一般在不影响量产时间节点的前提下，对零件坯料尺寸在一定程度上开展一轮到几轮优化，对于一些开发时间周期紧张与设计优化次数不多的车型与零件，存在零件坯料尺寸进一步优化降本的空间。坯料尺寸优化已经成为量产车型零件生产过程中降本的重要手段，通常由汽车主机厂联合材料供应商共同开展，主要形式如下。

　　⑴坯料尺寸缩小。对于汽车覆盖件以及大型结构件，量产后会开展坯料尺寸缩小优化，通常会经过可制造性CAE 分析、小批量测试、大批量测试到批量切换等步骤。

　　⑵坯料排布优化。以激光切割的梯形坯料为例，原始方案为落料线切割出长方形料片，在长方形料片上以激光切割方式切出4 片梯形料片，并以此方案进行量产。经过坯料排布优化分析，可以优化为在落料线切割出平行四边形料片，在平行四边形料片中以激光切割方式切出4 片梯形料片，经过该坯料尺寸优化，可以较大提升材料利用率，实现坯料降本的目的，具体方案如图2 所示。

图2 激光切割梯形坯料尺寸优化方式

　　实践与应用

　　对某量产SUV 车型车身材料降本工作，开展了9个零件的同级别材料替代与8 个零件的高强减薄材料替代，经过分析，可以协助该车型整车降成本10.43元/辆以上。

　　某汽车主机厂新车型，由于开发周期较短没有充足时间优化，量产后首先针对较大的覆盖件及内板件进行坯料尺寸缩小优化，其中发动机罩内外板坯料边部尺寸缩小8～10mm，提高了材料利用率，实现降本。

　　对某车型翼子板激光切割梯形坯料进行排布优化，落料线切割中间坯料由长方形料优化为平行四边形料片，最终梯形料片的材料利用率由80.3%提升至97%，材料利用率得到较大提升，1 吨钢卷可以多出约25 片坯料，坯料成本降低约9 元/片。

　　结束语

　　随着汽车行业竞争与成本压力越来越大，汽车主机厂将联合原材料供应商越发重视车身材料的降本工作。本文分享了量产车型车身材料降本的商务与技术路径以及应用实践，为汽车主机厂与相关配套企业车身材料降本、以及车身材料供应商更好地为汽车客户提供技术支持提供一定的借鉴与参考。

　　李言波

　　工程师、公司技术专家，从事汽车用钢板客户开发与技术服务工作。

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