沖壓同步工程階段的控制方法

傳統(tǒng)汽車車身開發(fā)一直采用串行工程的方法，不能在設計過程中及早考慮工藝規(guī)劃、質(zhì)量保證及制造可行性等問題，使得一些問題到后期才能暴露出來，導致設計改動量大，產(chǎn)品開發(fā)周期長，產(chǎn)品制造成本高。
 

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種直接、簡單、快速的分析軟件，即各種計算機輔助工程（CAE）。同時也產(chǎn)生了一種使用各種CAE工具對產(chǎn)品開發(fā)及其相關(guān)過程進行并行、一體化設計的工作模式——同步工程。
 

CAE在汽車沖壓件生產(chǎn)工藝中的應用
 

在投產(chǎn)以前，通過對產(chǎn)品可能出現(xiàn)的各種成形缺陷進行CAE分析，來保證汽車沖壓件成形的可行性。通過計算機數(shù)值模擬技術(shù)，使設計階段就可以對沖壓件質(zhì)量進行預測，控制制造成本，提高產(chǎn)品工藝設計的合理性，并能由此減少因為設計的錯誤而造成的返修或報廢。
 

基于數(shù)字模擬的面品分析
 

在以前的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)制件變形、回彈、起皺、開裂、覆蓋件的表面變形等問題，傳統(tǒng)的解決方式只能通過經(jīng)驗不斷的試模，導致模具生產(chǎn)周期很長、產(chǎn)品質(zhì)量達不到要求，往往不能按時交貨或者交不出合格的產(chǎn)品，甚至導致模具報廢，造成時間和資金上的巨額浪費。隨著CAE技術(shù)的廣泛應用，使得模具的設計流程也發(fā)生了變化，原來在后期爆發(fā)的問題提前暴露，在設計階段就能充分的發(fā)現(xiàn)和解決問題。
 

目前在中國汽車行業(yè)中，自主開發(fā)汽車漸漸盛行，同步工程技術(shù)越來越重要。汽車新車型的開發(fā)，是一項十分復雜的系統(tǒng)工程，在整個開發(fā)過程中需要投入巨大的人力、財力、物力，而且開發(fā)周期長，風險大。因此，產(chǎn)品開發(fā)必須要有一套全過程的科學管理程序，并嚴格按標準程序一步步地走完全過程。以下是傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程和引入同步工程技術(shù)的開發(fā)流程的區(qū)別：
 

傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程為：產(chǎn)品設計→工藝設計+模具制作→零件生產(chǎn)→產(chǎn)生問題→修改模具，如圖1所示。引入的同步工程技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)流程為產(chǎn)品設計→數(shù)據(jù)初步工藝分析（依據(jù)工藝經(jīng)驗和工藝理論）→CAD 模面開發(fā)→ CAE 成形仿真→修改數(shù)據(jù)→CAE成形仿真→模具制作→零件生產(chǎn)，如圖2所示。
 

采用同步工程開展數(shù)據(jù)設計及沖壓成形分析，開模之前加入數(shù)據(jù)CAE分析，對零件的成形性進行評估，提前預測回彈、起皺、開裂、應力、應變、剛度、拉延筋的布置。對相同問題的處理，CAE分析階段使用的時間僅相當于模具調(diào)試的幾十分之一。在產(chǎn)品設計階段開展同步工程，主要從以下幾個方面進行前期問題的提出及規(guī)避工作：

圖1 傳統(tǒng)模具開發(fā)流程

圖2 同步工程形式的模具開發(fā)
 

⑴造型和模型階段、C面數(shù)據(jù)階段的主要工作。產(chǎn)品按階段開展模型評審，提供A面數(shù)據(jù)、斷面數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)產(chǎn)品信息，開展同步工程分析工作，輸出模型分析報告、主斷面分析報告以及可能的沖壓SE分析報告，見表1。
 

⑵B面數(shù)據(jù)階段見表2。產(chǎn)品按項目節(jié)點提供B面數(shù)據(jù)、產(chǎn)品二維圖紙、總成圖紙以及其他相關(guān)信息，工藝部門開展同步工程分析工作，主要是B面數(shù)據(jù)的綜合分析。輸出沖壓CAE報告、設計變更措施事項報告，必要時組織相關(guān)部門評審討論形成相關(guān)會議紀要，并出示B面數(shù)據(jù)通過報告。
 

⑶A面數(shù)據(jù)階段見表3。即樣車制作階段，最終數(shù)據(jù)狀態(tài)的分析和結(jié)論，同時涉及無法更改的遺留問題，形成相應的接收標準并備案。
 

同步工程分析階段控制實例介紹
 

外觀造型及覆蓋件表面數(shù)據(jù)是車身設計過程中數(shù)據(jù)開發(fā)逐步完善的過程，也是與工程開發(fā)部門開展同步協(xié)作最重要的過程。我們通常是數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)化→數(shù)據(jù)模擬分析→數(shù)據(jù)優(yōu)化→數(shù)據(jù)模擬分析，在循環(huán)過程中不斷改進，不斷提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。以某車型翼子板單件缺陷為例進行分析，如圖3所示。

圖3 翼子板缺陷示意圖

表1 造型和模型階段沖壓SE分析主要工作

表2 B面數(shù)據(jù)階段沖壓SE分析主要工作

表3 A面數(shù)據(jù)階段沖壓SE分析主要工作

改進目標為提高外面品質(zhì)量；提高材料使用率(節(jié)省材料）；討論減少工序次數(shù)，降低開發(fā)成本的方案。提案零件變更方案為四工序，OP10——拉延；OP20——修邊；OP30——翻邊側(cè)翻邊；OP40——側(cè)翻邊。

OP10拉延工序問題

OP10拉延工序的改進目標為保證表面質(zhì)量，因為厚度變薄率超過4%，如圖4所示。通過工藝改善和工藝方向，提高材料利用率，如圖5所示。

圖4 拉延工藝分析示意圖

圖5 工藝改善示意圖

OP30產(chǎn)品變更建議和工藝優(yōu)化

⑴翻邊問題。開裂發(fā)生在到底10mm之前，因為R的形狀尖銳和過渡劇烈。更改建議：方案1，改變形狀，擴大側(cè)面R的面積 (R12.5mm→ R25mm）。方案2， 改變形狀（增加凸臺或者縮小翻邊面長度），如圖6所示。

圖6 翼子板產(chǎn)品變更方案

⑵開裂、起皺問題。因為形狀變化劇烈導致制件暗裂。解決方案：改變其形狀，改變高度以及R的斷面大小（考慮安裝零件的相關(guān)需求），如圖7所示。

圖7 翼子板凸臺改進示意圖

⑶翻邊疊料和提高材料利用率問題。發(fā)生重疊是因為翻邊面的長度太長和杯形區(qū)域。解決方案：方案1，一定要考慮取消安裝孔，縮小翻邊長度。方案2，一定要考慮孔移動位置，空間上縮小翻邊的長度，如圖8所示。

⑷材料利用率提升方面，如圖9所示。縮短翼子板安裝面的長度，并在壓料面上保留產(chǎn)品開展；通過落料排列節(jié)省材料。

圖8 翻邊疊料改進示意圖

圖9 材料利用率提升示意圖
 

在數(shù)值模擬能力還不是非常強大的情況下，一般在車型開發(fā)過程中，都考慮部分或者全部開發(fā)軟模，在此過程中，可以通過工藝驗證的方法，對比實物和軟件分析的問題差異，從而更大程度的優(yōu)化產(chǎn)品數(shù)據(jù)。目前，我們采用一種叫虛擬AUDIT（或叫AUDIT預判）的手段，能夠有效的推進問題的明確和解決，為產(chǎn)品階段推進數(shù)據(jù)階段的問題提供了一種有力的手段。
 

虛擬AUDIT就是按照實物AUDIT的標準，結(jié)合CAE等數(shù)值模擬結(jié)果，通過對比前期開發(fā)車型的缺陷程度，軟模制件的實際情況，進行數(shù)據(jù)階段預判的一種方法，可以將每個缺陷的嚴重程度進行量化，并且將所有缺陷總數(shù)進行評價，和目標進行比照，若不滿足目標要求，或者存在不能接受的重大A、B類缺陷，都可以推進產(chǎn)品進行整改。

結(jié)束語

通過對覆蓋件進行CAE分析，分別從CAS、C/B/A面數(shù)據(jù)階段的面品模擬分析，結(jié)合軟模制件，前期開發(fā)的同類產(chǎn)品的實物狀態(tài)等共同分析、同步產(chǎn)品設計，即可有效的縮短開發(fā)周期，節(jié)省費用，也可提前對表面覆蓋件的質(zhì)量進行提升和規(guī)避。