鄧濟聰　盧建偉　汪守武

摘 要：為了滿足越來越嚴苛的碰撞安全要求和節(jié)能減排的趨勢，高強鋼輥壓件在汽車上的應用越來越廣泛，對研究高強鋼輥壓件的設(shè)計應用及其如何實現(xiàn)是有必要的。零件設(shè)計應用的合理性，對如何實現(xiàn)零件的生產(chǎn)，起到?jīng)Q定性因素。零件實現(xiàn)過程的策劃設(shè)計合理性，對如何實現(xiàn)零件的生產(chǎn)，起到關(guān)鍵性因素。對于研究汽車高強鋼輥壓件的應用和其實現(xiàn)是值得研究討論的。

關(guān)鍵詞：高強鋼;項目管理;過程策劃;設(shè)備;工裝

1 引言

目前汽車平臺化已被各大主機廠重視，并有序推動實施。現(xiàn)在對高強鋼輥壓的應用因高強鋼原材料的實現(xiàn)而逐漸被廣泛應用。對高強鋼輥壓件在汽車上的應用和平臺化研究，也被各大主機廠所推廣。高強鋼輥壓件在汽車上可以起到滿足強度要求下有足夠的輕量化意義，平臺化的研究在實現(xiàn)成本下探的可能性的同時也有效縮短開發(fā)周期。

2 汽車高強鋼輥壓應用

2.1 汽車輥壓應用

2.1.1 汽車輥壓件應用現(xiàn)狀

輥壓成型工藝是以若干輥輪為模具，并隨著輥輪轉(zhuǎn)動，將金屬板材不斷的向前進方向進行折彎，變成特定的連續(xù)斷面的一種加工方法。國外主流汽車廠所開發(fā)的輥壓型零件已占到60%，而國內(nèi)轎車新型車型中的用量僅為6%，有非常大的應用空間。輥壓成型工藝也因具有以下優(yōu)點，而在汽車上得到廣泛引用：

目前汽車上，白車身開發(fā)設(shè)計主要存在如下區(qū)域，采用輥壓工藝，見表1。

2.1.2 汽車高強鋼輥壓件應用現(xiàn)狀

2018版C-NCAP的實施，增加了汽車安全性的要求，為確保整車安全可以達成標準要求，高強鋼材料在各汽車廠得到廣泛應用。白車身正面碰撞吸能分為三個區(qū)：前吸能區(qū)，中吸能區(qū)，后吸能區(qū)，如圖;各個區(qū)的原理：

前吸能區(qū)：吸收部分能量并將剩余能量分散傳遞;

中吸能區(qū)：通過沿軸線潰縮來吸收主要能量;

后吸能區(qū)：變形很小，主要維持后框架穩(wěn)定，并防止駕駛室被侵入;

車身正面碰撞傳遞路徑：

上層：吸收了部分從前部傳來的碰撞能量，并把其余能量向A柱和前圍及其加強梁進行分散傳遞。

中層：是主要的傳力路徑。保險杠緩沖梁和吸能盒將接受到的碰撞能量進行初步吸收后進行左右分流，前縱梁吸收大部分能量后再把其余能量往前縱梁延伸板、門檻、中央通道等分散傳遞。

下層：主要是前副車架組成，吸收了部分從前部傳來的碰撞能量并把其余能量向前縱梁延伸板和門檻等分散傳遞。

為滿足各區(qū)吸能要求，輥壓類的高強鋼零件在汽車上的應用主要集中在如下，見表2：

2.1.3 汽車高強鋼輥壓件截面使用現(xiàn)狀

為滿足C-NCAP碰撞要求，高強鋼輥壓件在應用中，結(jié)合整車參數(shù)布局，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等原因，確定輥壓件的截面形式，不同區(qū)域的輥壓件，采用適宜截面

高強鋼輥壓件的截面形式有如表3：

2.2 汽車高強鋼輥壓平臺化應用

汽車產(chǎn)品平臺化架構(gòu)戰(zhàn)略主要包括發(fā)動機艙、地板、懸架、制動、傳動、發(fā)動機、變速箱、電子電器等。福特T型車是平臺化最先實現(xiàn)的車型，通過，對動力，傳動系統(tǒng)等懸掛與底盤車架上，在T型車上可實現(xiàn)安裝三廂車，Coupe，面包車，小貨車等?，F(xiàn)在大家熟知的大眾的MQB，MLB，MHB，以及現(xiàn)在開發(fā)的MEB平臺，豐田汽車的TNGA平臺，寶馬的UKL平臺，PSA的EMP2平臺，吉利汽車發(fā)布的CMA，BMA，DMA，及SPA平臺，這些平臺化的應用，大大降低了研發(fā)、采購、制造、管理等成本，縮短了開發(fā)周期，加快了產(chǎn)品推出速度。豐田TNGA平臺架構(gòu)，可使零部件平臺化20%～30%，最終目標可達成70%～80%，對企業(yè)節(jié)約成本和降低研發(fā)周期起到關(guān)鍵作用。

汽車前防撞梁總成位于車身的最前端，在保險杠的后面，通過螺栓與縱梁相連。在低速碰撞時，通過其本身高強度的結(jié)構(gòu)，將能量分散給吸能盒，通過吸能盒的壓潰變形吸收能量，避免車身本體的變形受損，降低車輛的維修成本;在高速碰撞時，將碰撞能量傳遞給左右縱梁等主要承受部件，同時在碰撞中穩(wěn)定縱梁的變形模式，主要考核其抗彎性能。

汽車公司在前期進行前防撞梁平臺化策劃時，從整車設(shè)計要求，輕量化，碰撞要求，成本，開發(fā)周期等進行了對比策劃。

在滿足同等設(shè)計條件下，熱成形前橫梁重量最輕，鋁擠壓前橫梁次之，沖壓鈑金重量最重;熱成形前橫梁隨造型不同需要重新開發(fā)，模具投資成本高，不適合平臺化開發(fā);鋁擠壓前橫梁，擠壓模成本低，但彎曲模成本高，導致單件成本增加;輥壓前橫梁根據(jù)造型不同，只需新開輥彎輪，成本低。

汽車公司在進行門檻平臺化策劃時，從整車設(shè)計要求，輕量化，碰撞要求，成本，開發(fā)周期等進行了對比策劃，在滿足同等設(shè)計條件下，輥壓門檻和沖壓門檻重量相近;造型不同，沖壓門檻模具需要重新投資，模具成本高，輥壓門檻只需增加沖孔模具和特征模具，費用低。

3 汽車高強鋼輥壓實現(xiàn)

3.1 高強鋼輥壓工藝策劃

當零部件廠家已和汽車廠達成供貨合作關(guān)系后，在接收到汽車廠合同及技術(shù)開發(fā)協(xié)議、產(chǎn)品圖/數(shù)學模型、產(chǎn)品標準、樣件和相關(guān)信息后進行高強鋼輥壓工藝策劃。

第一：客供資料分析：識別材料信息，材料牌號，機械性能，厚度等，確認材料是否為市面可買材料。識別GD&T尺寸信息，哪些是關(guān)鍵尺寸，為后續(xù)進行工裝設(shè)計提供輸入。識別客戶特殊要求，如特殊工藝要求。

材料信息的識別需要明確，材料牌號如HC820/1180DP，標準號Q/BQB418-2018，料厚t1.2mm，機械性能屈服強度 RP0.2 820～1130 MPa，抗拉強度Rm 不小于1180 MPa，斷后伸長率 A80mm不小于3% 。材料采購周期是否能滿足后續(xù)調(diào)試周期。

識別GD&T尺寸信息，明確產(chǎn)品基準信息，基準面，基準孔的設(shè)定是否滿足321原則等，基準孔公差是否能保證，基準面的設(shè)置是在內(nèi)弧面還是側(cè)面。產(chǎn)品上附帶的孔形位公差尺寸公差，是否能保證，孔的實際功能要求。產(chǎn)品上哪些是關(guān)鍵尺寸，哪些是按通用公差進行管控，參考標準是哪些，這些都要識別，并為后續(xù)工裝設(shè)計提供輸入。

識別客戶特殊要求，識別圖紙上的技術(shù)要求欄中的要求，哪些是客戶特殊要求，識別圖紙圖示有無特別指示的公差要求，如移動公差，特殊要求需要編制特殊特性清單，用于后續(xù)工藝文件編制。

第二：針對截面進行輥壓工藝分析，確認輥壓可行性，有無無法實現(xiàn)的特征，如孔邊緣是否在輥壓成型圓弧上，導致輥壓波浪;使用COPRA進行輥花初步設(shè)計，大致確認輥壓成型需求的輥輪段數(shù)。

第三：針對從數(shù)據(jù)到產(chǎn)品的工藝策劃，原材料開卷，在線沖孔，輥壓成型，輥焊，輥彎，切斷。

原材料開卷需將展開的材料尺寸確認好，結(jié)合輥壓成型工藝的實際情況，確認原材料料帶寬度公差。

在線沖孔工藝的編排是否合理會直接影響后續(xù)輥壓成品后的孔特征的實際表現(xiàn)，如在產(chǎn)品數(shù)據(jù)上標注的圓孔，在線沖孔如未進行設(shè)計補償，將直接導致成品上的圓孔變成異形孔，不滿足要求。分析孔是否需要進行補償，補償精度達到什么程度。

第四：內(nèi)部資料分析：識別類似產(chǎn)品的工藝策劃，類似產(chǎn)品過往問題清單，類似產(chǎn)品特殊特性清單，PFMEA等。

3.2 高強鋼輥壓工裝設(shè)備投入策劃

當高強鋼輥壓工藝已完成策劃后，需要對工裝設(shè)備投入進行策劃。

工裝的策劃原則是：①滿足零件成型要求;②滿足零件精度要求;③滿足人機工程;④滿足節(jié)拍要求;⑤滿足精益生產(chǎn)要求等。

設(shè)備的策劃原則是：①工藝要求;②滿足成型要求;③滿足零件精度要求;④滿足公司場內(nèi)布局規(guī)劃;⑤滿足節(jié)拍要求;⑥滿足人機工程;⑦滿足精益生產(chǎn)要求等。

3.4 高強鋼輥壓質(zhì)量控制策劃

結(jié)合3.1高強鋼輥壓工藝策劃的客供資料分析內(nèi)容及法律法規(guī)，識別出產(chǎn)品/過程特殊特性初始清單和相關(guān)信息，同時組織相關(guān)負責人識別顧客要求， 對顧客要求進行評審，分析、交流、確認，形成《產(chǎn)品和過程特殊特性明細表》。并就以下內(nèi)容與所開發(fā)產(chǎn)品要求進行差距分析，采用多方論證的方法解決問題。

（a）現(xiàn)有技術(shù)和顧客要求的差距;

（b）現(xiàn)有質(zhì)量管理體系;

（c）公司設(shè)施平面圖;

（d）生產(chǎn)工藝裝備;

（e）檢測和試驗設(shè)備;

（f）質(zhì)量能力。

特殊特性的開發(fā)與確定，需明確特殊特性的識別和過程特殊特性的定義。

過程特殊特性是基于影響產(chǎn)品特殊特性過程和因素，表現(xiàn)為人、機、料、法和環(huán)等各方面，一般識別來源與客戶輸入、PFMEA、產(chǎn)品圖紙，類似項目的經(jīng)驗教訓。在生產(chǎn)過程中進行重點控制，確保特殊特性滿足顧客要求及過程的需要，應作好相應的檢測記錄，必要時應采取糾正或預防措施，實現(xiàn)特殊特性的改進完善。

失效模式及后果分析（PFMEA）的開發(fā)，零部件廠對形成產(chǎn)品的所有過程進行潛在失效模式及后果分析，特別是特殊特性。PFMEA核心小組應通過PFMEA 分析，確定產(chǎn)品或過程需重點控制的環(huán)節(jié)或工序及其質(zhì)量特性。

核心小組根據(jù)生產(chǎn)工藝流程/顧客對產(chǎn)品要求收集分析并討論PFMEA所需的各類信息，如潛在的失效模式、潛在的失效后果、嚴重度（S）、頻度（O）、探測度（D）、潛在的失效起因/機理、現(xiàn)有預防過程控制、現(xiàn)有預防探測控制方法等。

控制計劃的制訂與評審控制計劃應包括如下幾個階段：樣件控制計劃、試生產(chǎn)控制計劃、生產(chǎn)控制計劃。試生產(chǎn)控制計劃是對尺寸測量、材料和功能試驗的描述，目的是遏止初期生產(chǎn)運行過程中或之前的潛在不符合。

在過程設(shè)施、設(shè)備和工裝策劃中，采用相應的防錯技術(shù)。需要時，對重大工裝和非標準設(shè)備的設(shè)計進行設(shè)計方案評審和/或綜合設(shè)計評審并記錄。

試生產(chǎn)運行，對產(chǎn)品和過程進行設(shè)計驗證，此過程是一個變動循環(huán)的過程，應根據(jù)樣品的生產(chǎn)結(jié)果進行改進，當適合時，按實際情況增加所需內(nèi)容。

在試生產(chǎn)之前，須評估控制計劃中所有的新的測量系統(tǒng)，尤其是針對特殊特性，測量系統(tǒng)分析參照MSA工具書的要求，重點作好重復性、再現(xiàn)性分析。

在試生產(chǎn)階段，進行初始能力研究，至少針對有特殊特性的所有工序能力。

批生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)控制計劃是評價產(chǎn)品和服務(wù)的基礎(chǔ)。應對計量和計數(shù)型數(shù)據(jù)進行評價。持續(xù)改進、實施與驗證，不斷提高過程能力。

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