文/阮林凡，陳世濤，趙鴻鵠·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

沖壓同步工程在汽車白車身開發(fā)中的應(yīng)用

文/阮林凡，陳世濤，趙鴻鵠·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

沖壓同步工程在汽車白車身開發(fā)中的應(yīng)用越來越廣泛，主要作用為提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題，縮短開發(fā)周期，降低制造風(fēng)險(xiǎn)及品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，降低開發(fā)成本等。本文通過具體實(shí)例對(duì)沖壓同步工程在白車身開發(fā)中的應(yīng)用進(jìn)行具體闡述。

同步工程(SE，Simultaneous Engineering)，又稱并行工程，是對(duì)整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程實(shí)施同步、一體化設(shè)計(jì)，促使開發(fā)者始終考慮從概念形成直到用后處置的整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的所有因素(包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度和用戶要求)的一種系統(tǒng)方法。車身開發(fā)過程中同步工程分為沖壓同步工程、焊裝同步工程、涂裝同步工程、總裝同步工程、尺寸工程同步工程。沖壓同步工程在白車身開發(fā)過程中主要有以下作用。

提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題，縮短開發(fā)周期

以往的串行開發(fā)模式，白車身開發(fā)遵循開發(fā)流程進(jìn)行，但是由于前期工藝未參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝性進(jìn)行分析，導(dǎo)致在量產(chǎn)之前的調(diào)試過程中產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題集中暴露，而此時(shí)產(chǎn)品開發(fā)流程已進(jìn)行到中后期，產(chǎn)品設(shè)計(jì)改變勢(shì)必會(huì)引起產(chǎn)品開發(fā)周期的延長及成本的增加。

采取并行開發(fā)模式，工藝全過程參與到產(chǎn)品開發(fā)過程當(dāng)中，尤其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，工藝設(shè)計(jì)人員通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝可行性、成本等的分析并將產(chǎn)品更改建議反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段將可能導(dǎo)致工藝不可行或產(chǎn)品制造及生產(chǎn)成本增加的產(chǎn)品問題解決，后期產(chǎn)品實(shí)物階段問題及產(chǎn)品設(shè)變將大大減少，同時(shí)也降低了開發(fā)成本，縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期。圖1所示為串行和并行開發(fā)模式對(duì)比。

降低制造風(fēng)險(xiǎn)

降低成形風(fēng)險(xiǎn)，改善成形性

零件成形性的好壞，關(guān)系到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成敗。減振器后安裝支撐板在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期階段造型如圖2所示，產(chǎn)品設(shè)計(jì)考慮到該件為受力零件，材質(zhì)為高強(qiáng)板H340LAD + ZF，但從沖壓工藝的角度，該零件凸包深度較深，材料的延伸率較小，且形狀起伏較大，拉延過程中開裂起皺嚴(yán)重。若將零件材質(zhì)變更為延伸率較好的DC56D+ZF，零件可滿足成形要求，但該材質(zhì)強(qiáng)度較低，無法滿足車身強(qiáng)度要求。

圖1 串行和并行開發(fā)模式對(duì)比

圖2 產(chǎn)品造型及CAE結(jié)果

通過工藝人員與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員討論分析，確定將該零件拆分為上下兩部分，分別成形后焊接，開裂起皺問題得到解決，既保證了零件的成形性，又滿足了車身的強(qiáng)度要求。

圖3 拆分后的產(chǎn)品造型及CAE結(jié)果

改善翻邊性

翻邊過程中最易出現(xiàn)的缺陷為開裂、起皺及回彈，尤其以回彈問題最難解決。如圖4所示零件，零件材質(zhì)為B410LA，料厚1.6mm，翻邊區(qū)域較長且形狀為簡單的弧形面，翻邊后易產(chǎn)生回彈缺陷，且該零件強(qiáng)度較高，料厚較大，回彈很難控制。

通過改進(jìn)，在零件翻邊面上增加如圖5所示筋特征，增加該零件翻邊后的穩(wěn)定性，可有效抑制回彈。

圖4 優(yōu)化前產(chǎn)品造型

圖5 優(yōu)化后產(chǎn)品造型

改善修邊性

產(chǎn)品某部分邊界在沖壓方向下產(chǎn)生的修邊角度在（90±15）°最佳，角度過大，修邊刃口為鈍角，修邊產(chǎn)品易產(chǎn)生毛刺；角度過小，模具修邊刃口強(qiáng)度弱，易崩刃，降低模具壽命。如圖6所示局部修邊角度過小，最小約64°，通過對(duì)產(chǎn)品修邊邊界局部造型進(jìn)行更改，保證修邊角度在(90±15)°之內(nèi)，可保證零件修邊質(zhì)量、提高刃口強(qiáng)度，延長模具使用壽命。

圖6 優(yōu)化前后產(chǎn)品修邊線對(duì)比

改善產(chǎn)品品質(zhì)

白車身中，外覆蓋件A面為消費(fèi)者可直接看到的部位，若A面上有細(xì)小的品質(zhì)缺陷，涂裝噴漆后在光線的作用下，所有缺陷都會(huì)直觀顯現(xiàn)在消費(fèi)者的面前，因此，外覆蓋件A面必須無任何品質(zhì)缺陷。

如圖7所示，汽車車門把手造型頂部R角較小，CAE分析結(jié)果顯示，拉延成形后滑移線滑出門把手棱線R角，在門外板A面可見區(qū)域產(chǎn)生明顯痕跡，造成面品質(zhì)不合格。

圖7 門把手處滑移線分析結(jié)果

通過優(yōu)化分析，對(duì)車門把手造型進(jìn)行局部優(yōu)化，將棱線R角進(jìn)行放大，CAE分析結(jié)果顯示拉延后滑移線仍在棱線R區(qū)域內(nèi)，不會(huì)對(duì)A面品質(zhì)產(chǎn)生影響。

圖8 產(chǎn)品優(yōu)化后門把手處滑移線分析結(jié)果

降低開發(fā)成本

提高材料利用率降低材料成本

如圖9a所示零件，拉延成形采用方形料片，材料利用率為26.4%，大部分料片做為廢料處理，材料利用率很低。

圖9 產(chǎn)品拆分前后材料使用情況對(duì)比

經(jīng)過沖壓工藝人員分析及焊接工藝人員、產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員確認(rèn)，可將該零件拆分為兩個(gè)零件（圖9b），上部零件采用方形料片拉延，下部零件采用無廢料落料后拉延的工藝方案。通過核算，優(yōu)化后兩件材料利用率分別為73.3%和41.4%，兩件綜合利用率為45.8%，與優(yōu)化前相比，產(chǎn)品材料利用率提升了73.5%，大大降低了該零件的材料成本。

生產(chǎn)及工裝開發(fā)成本

如圖10a所示的4個(gè)零件材質(zhì)為DC01，料厚0.8mm，且形狀各不相同，每個(gè)零件需開發(fā)3副模具，共計(jì)12副鋼板模才能完成，且焊接時(shí)零件不易識(shí)別。

如圖10b所示的2個(gè)零件材質(zhì)為B210P1，料厚0.8mm，采用左右件合并的工藝方案，但合并后一模兩件的開發(fā)方式中間區(qū)域大片廢料造成該件材料利用率過低。

通過分析，將圖10a中4個(gè)零件材質(zhì)改為與圖10b兩個(gè)零件相同，且將4個(gè)零件形狀也改為相同,即1車4件，然后采用將這4個(gè)零件套在圖10b兩個(gè)零件的廢料區(qū)域一模6件的沖壓生產(chǎn)方式。工藝優(yōu)化后的合模模面造型如圖11所示。

通過產(chǎn)品優(yōu)化改進(jìn)，6個(gè)零件只需3副模具即可沖壓完成，節(jié)約了12副鋼板模的開發(fā)費(fèi)用，以及4個(gè)零件的沖壓沖次費(fèi)，同時(shí)廢料二次利用，大幅提高了材料利用率。另一方面，將圖10a中的4個(gè)零件改為相同件，解決了焊接時(shí)零件不易識(shí)別，易混淆的問題。

圖10 優(yōu)化前產(chǎn)品造型

圖11 產(chǎn)品優(yōu)化后合模模面造型

結(jié)束語

通過沖壓同步工程在白車身產(chǎn)品開發(fā)過程中的實(shí)施，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段將產(chǎn)品工藝性問題、影響產(chǎn)品開發(fā)周期、開發(fā)成本的因素及風(fēng)險(xiǎn)充分識(shí)別，在設(shè)計(jì)階段將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，保證了白車身開發(fā)過程順利進(jìn)行。