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(shè)計(jì)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(dǎo)致設(shè)計(jì)改動(dòng)量大，產(chǎn)品開發(fā)周期長，產(chǎn)品制造成本高。
 

隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）。同時(shí)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(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的工作模式——同步工程。
 

CAE在汽車沖壓件生產(chǎn)工藝中的應(yīng)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(jìn)行CAE分析，來保證汽車沖壓件成形的可行性。通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)，使設(shè)計(jì)階段就可以對沖壓件質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，控制制造成本，提高產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)的合理性，并能由此減少因?yàn)樵O(shè)計(jì)的錯(cuò)誤而造成的返修或報(bào)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(yàn)不斷的試模，導(dǎo)致模具生產(chǎn)周期很長、產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求，往往不能按時(shí)交貨或者交不出合格的產(chǎn)品，甚至導(dǎo)致模具報(bào)廢，造成時(shí)間和資金上的巨額浪費(fèi)。隨著CAE技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得模具的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在整個(gè)開發(fā)過程中需要投入巨大的人力、財(cái)力、物力，而且開發(fā)周期長，風(fēng)險(xiǎn)大。因此，產(chǎn)品開發(fā)必須要有一套全過程的科學(xué)管理程序，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)→工藝設(shè)計(jì)+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(shè)計(jì)→數(shù)據(jù)初步工藝分析（依據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)和工藝?yán)碚摚?rarr;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(shè)計(jì)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(jìn)行評估，提前預(yù)測回彈、起皺、開裂、應(yīng)力、應(yīng)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(shí)間僅相當(dāng)于模具調(diào)試的幾十分之一。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段開展同步工程，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)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(bào)告、主斷面分析報(bào)告以及可能的沖壓SE分析報(bào)告，見表1。
 

⑵B面數(shù)據(jù)階段見表2。產(chǎn)品按項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)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(bào)告、設(shè)計(jì)變更措施事項(xiàng)報(bào)告，必要時(shí)組織相關(guān)部門評審討論形成相關(guān)會(huì)議紀(jì)要，并出示B面數(shù)據(jù)通過報(bào)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(shí)涉及無法更改的遺留問題，形成相應(yīng)的接收標(biāo)準(zhǔn)并備案。
 

同步工程分析階段控制實(shí)例介紹
 

外觀造型及覆蓋件表面數(shù)據(jù)是車身設(shè)計(jì)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(jìn)，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(jìn)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(jìn)目標(biāo)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(jìn)目標(biāo)為保證表面質(zhì)量，因?yàn)楹穸茸儽÷食^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?yàn)镽的形狀尖銳和過渡劇烈。更改建議：方案1，改變形狀，擴(kuò)大側(cè)面R的面積 (R12.5mm→ R25mm）。方案2， 改變形狀（增加凸臺(tái)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?yàn)樾螤钭兓瘎×覍?dǎo)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?。紤]安裝零件的相關(guān)需求），如圖7所示。

圖7 翼子板凸臺(tái)改進(jìn)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?yàn)榉吤娴拈L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(dòng)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(jìn)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(qiáng)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(yàn)證的方法，對比實(shí)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(yù)判）的手段，能夠有效的推進(jìn)問題的明確和解決，為產(chǎn)品階段推進(jìn)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(shí)物AUDIT的標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)際情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)階段預(yù)判的一種方法，可以將每個(gè)缺陷的嚴(yán)重程度進(jìn)行量化，并且將所有缺陷總數(shù)進(jìn)行評價(jià)，和目標(biāo)進(jìn)行比照，若不滿足目標(biāo)要求，或者存在不能接受的重大A、B類缺陷，都可以推進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行整改。

結(jié)束語

通過對覆蓋件進(jìn)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(shí)物狀態(tài)等共同分析、同步產(chǎn)品設(shè)計(jì)，即可有效的縮短開發(fā)周期，節(jié)省費(fèi)用，也可提前對表面覆蓋件的質(zhì)量進(jìn)行提升和規(guī)避。