文/王勇·上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司

不同車型同一種零件特征都具有一定的相似性，建立零件沖壓工藝以及模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可以提高工作效率，減少工藝錯(cuò)誤，并且可以避免由于人員的不斷變動(dòng)，導(dǎo)致技術(shù)知識(shí)傳遞的不連續(xù)性。通過(guò)建立和完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)已經(jīng)完成的零件造型、沖壓工藝、回彈、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)匯總數(shù)據(jù)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，完成相應(yīng)零件的工藝標(biāo)準(zhǔn)以及模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，業(yè)內(nèi)已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到新車型的更新速度、新車型的開發(fā)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、成本的重要性。新產(chǎn)品的研發(fā)周期越短，上市越早，越能掌握市場(chǎng)的主動(dòng)性。而在汽車研發(fā)過(guò)程中，汽車車身覆蓋件模具設(shè)計(jì)與制造是整個(gè)生產(chǎn)鏈中最關(guān)鍵的部分之一，也是占用汽車開發(fā)周期較長(zhǎng)的部分。因此，縮短汽車車身覆蓋件模具設(shè)計(jì)與制造周期對(duì)于提高汽車的開發(fā)和設(shè)計(jì)意義重大。汽車車身覆蓋件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化是縮短模具研發(fā)周期、降低模具研發(fā)成本的重要途徑。

沖壓工藝標(biāo)準(zhǔn)化

沖壓工藝排布是模具開發(fā)的第一個(gè)核心環(huán)節(jié)，如果同一零件如車身覆蓋件門內(nèi)板、前后蓋內(nèi)板等采用不同的工藝排布和造型，材料流動(dòng)方式不同，造成零件回彈會(huì)有很大的差異，因此需要對(duì)已經(jīng)完成的覆蓋件成形工藝和造型進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)，規(guī)范典型的覆蓋件的工藝排布和造型方式，建立工藝知識(shí)庫(kù)并形成工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并將這些技術(shù)規(guī)范應(yīng)用在新項(xiàng)目的研發(fā)上。

另外，沖壓工藝設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)對(duì)回彈有重要影響，同時(shí)沖壓工藝設(shè)計(jì)的合理性也決定著后期尺寸整改的成本，如果設(shè)計(jì)不合理將導(dǎo)致大量的返修燒焊和加工。為保證相似零件回彈的相似性或可控性、穩(wěn)定性，類似零件沖壓工藝和造型需要進(jìn)行規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，否則不同設(shè)計(jì)者對(duì)于同一個(gè)零件會(huì)有不同的設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致零件的回彈發(fā)生較大的波動(dòng)和變化。因此充分研究了覆蓋件的各種不同工藝補(bǔ)充方式，在保證產(chǎn)品成形質(zhì)量(起皺、開裂)的前提下，以先進(jìn)的CAE 分析模擬技術(shù)為指導(dǎo)，以盡可能合理的工藝補(bǔ)充造型獲得高合格率的產(chǎn)品。合理的工藝補(bǔ)充造型難點(diǎn)在于，同一類型產(chǎn)品形狀千差萬(wàn)別，對(duì)于各種產(chǎn)品形狀，工藝科通過(guò)研究大量的參考資料以及已經(jīng)完成的項(xiàng)目，總結(jié)出典型零件的拉延深度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立工藝補(bǔ)充造型標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)針對(duì)類似零件的沖壓工藝排布也盡量相同，不隨便更改工序的內(nèi)容，該標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在后續(xù)項(xiàng)目的模具工藝設(shè)計(jì)中得到有效的應(yīng)用。門內(nèi)板沖壓工藝如圖1 所示。

圖1 門內(nèi)板沖壓工藝

回彈補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)化

回彈是板料沖壓成形過(guò)程中一種常見但很難解決的問(wèn)題，回彈直接影響到?jīng)_壓件的尺寸精度。在汽車車身覆蓋件沖壓模具制造中，回彈是最為棘手的難題，并且客戶對(duì)產(chǎn)品尺寸精度的要求越來(lái)越高，通常客戶要求90%的零件合格率，關(guān)鍵匹配尺寸要求100%合格率并且一致性在0.5mm 之內(nèi)，因此如何精確地預(yù)測(cè)和補(bǔ)償回彈是模具研發(fā)比較重要的問(wèn)題。

雖然有限元分析軟件可以預(yù)測(cè)零件的回彈，但是目前的有限元算法以及板料的材料模型并不能完全準(zhǔn)確地判斷零件回彈的數(shù)值，甚至不能準(zhǔn)確判斷復(fù)雜零件的回彈方向，我公司通過(guò)以往項(xiàng)目的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及循序漸進(jìn)的數(shù)據(jù)修正，并結(jié)合有限元分析來(lái)摸索回彈補(bǔ)償?shù)耐緩?。雖然同一類零件形狀各異，但萬(wàn)變不離其宗，回彈還是有一定的規(guī)律可循的。通過(guò)多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)積累和數(shù)據(jù)搜集，企業(yè)建立了覆蓋件零件的回彈知識(shí)庫(kù)，并根據(jù)零件形狀建立回彈補(bǔ)償方法。這種方式可以縮短模具調(diào)試的周期，節(jié)約模具開發(fā)的成本。

通過(guò)對(duì)回彈補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施效果進(jìn)行分析和評(píng)估，回彈及補(bǔ)償技術(shù)在提升外覆蓋件合格率、減少整改工時(shí)、縮短項(xiàng)目周期方面效果突出。以門內(nèi)板為例，對(duì)比相似項(xiàng)目的后門內(nèi)板的整改記錄，某項(xiàng)目后門內(nèi)板，首次質(zhì)量提升前零件合格率在65%左右，模具交付前，歷經(jīng)了10 輪質(zhì)量提升，機(jī)加工工時(shí)共660小時(shí)，調(diào)試研配工時(shí)600 小時(shí)。而新項(xiàng)目的后門內(nèi)板在采用上述補(bǔ)償方式后，首輪合格率達(dá)到85%，僅通過(guò)3 輪質(zhì)量提升，耗時(shí)300 小時(shí)，調(diào)試研配工時(shí)300 小時(shí)，合格率就達(dá)到90%以上，滿足客戶模具交付標(biāo)準(zhǔn)。

客戶壓力機(jī)及生產(chǎn)習(xí)慣規(guī)范

通常模具企業(yè)會(huì)面對(duì)很多不同的客戶，這些客戶的壓力機(jī)生產(chǎn)線不同、自動(dòng)化生產(chǎn)的方式也不同，另外每個(gè)客戶都有自己的生產(chǎn)習(xí)慣，對(duì)沖壓工藝以及工藝造型的要求也不同。為了提高工作效率，模具企業(yè)工程師需要熟悉客戶的壓力機(jī)類型、自動(dòng)化生產(chǎn)方式以及客戶的個(gè)性需求，模具企業(yè)需要建立客戶壓力機(jī)及生產(chǎn)習(xí)慣規(guī)范，根據(jù)這個(gè)習(xí)慣規(guī)范做出客戶所需要的沖壓工藝。在新項(xiàng)目實(shí)施中，參照這個(gè)習(xí)慣規(guī)范，了解各類客戶對(duì)模具零件的生產(chǎn)要求，讓工藝分析人員熟悉不同客戶的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，充分利用我們所掌握的客戶習(xí)慣，沖壓工藝和CAE 分析的質(zhì)量和效率得到大幅提高。部分客戶生產(chǎn)習(xí)慣規(guī)范示意圖如圖2所示。

圖2 部分客戶的生產(chǎn)習(xí)慣規(guī)范

精細(xì)造型標(biāo)準(zhǔn)化

精細(xì)化造型技術(shù)通過(guò)拉延筋系數(shù)、模具的不同間隙控制等，實(shí)現(xiàn)調(diào)試與CAE 分析的一致性。精細(xì)化造型技術(shù)在變薄補(bǔ)償技術(shù)、局部強(qiáng)壓技術(shù)上獲得突破，在大幅提高調(diào)試效率的同時(shí)保證了回彈的可控性。變間隙補(bǔ)償技術(shù)分為變薄補(bǔ)償技術(shù)和局部強(qiáng)壓技術(shù)。變薄補(bǔ)償技術(shù)，根據(jù)金屬成形原理，零件成形過(guò)程中會(huì)變薄，在重要部位必須對(duì)其予以補(bǔ)償，滿足上、下模的間隙，保證產(chǎn)品面的尺寸精度，減小零件回彈量。經(jīng)過(guò)對(duì)多類多件覆蓋件不斷嘗試、試驗(yàn)，總結(jié)出一套多類覆蓋件零件變薄補(bǔ)償技術(shù)，并形成多種覆蓋件變薄補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

局部強(qiáng)壓技術(shù)是根據(jù)彈塑性變形原理，強(qiáng)壓能夠增強(qiáng)材料的塑性變形，改善型面的平整度，減小殘余應(yīng)力。通過(guò)對(duì)內(nèi)覆蓋件部分重要型面采用局部強(qiáng)壓，發(fā)現(xiàn)零件回彈量明顯減小，提高了零件尺寸精度，逐步形成了對(duì)各類覆蓋件強(qiáng)壓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通過(guò)采用這套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，一方面減少了調(diào)試人員工作量，另一方面提高了零件尺寸穩(wěn)定性及尺寸精度。部分精細(xì)化造型規(guī)范示意圖如圖3 所示。

圖3 部分精細(xì)化造型

模具設(shè)計(jì)模板化

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在未形成標(biāo)準(zhǔn)化之前，設(shè)計(jì)人員無(wú)相關(guān)的模板可供參考，造成同一類零件結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)效率低下，并且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。我們首先創(chuàng)建了門外板拉延結(jié)構(gòu)模板，通過(guò)這個(gè)模板進(jìn)行設(shè)計(jì)，就做到了結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，提升了模具圖紙質(zhì)量，提高了工作效率。在標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)方面，完善補(bǔ)充了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，進(jìn)一步梳理和完善標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的坐標(biāo)系、加減體、引用集，使其更方便設(shè)計(jì)操作，提高工作效率。另外在二次開發(fā)方面，通過(guò)對(duì)模具結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行UG 二次開發(fā)，不但提高工作效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。門外板拉延結(jié)構(gòu)模板以及部分標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)如圖4 所示。

圖4 門外板拉延結(jié)構(gòu)模板以及部分標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)

結(jié)束語(yǔ)

模具企業(yè)需要將沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的標(biāo)準(zhǔn)化及模板化，并且投入到新項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程中，可以提高效率及質(zhì)量，也在一定程度上降低了人員流失對(duì)模具研發(fā)工作帶來(lái)的影響。要把“讓標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范成為習(xí)慣，讓習(xí)慣符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”落到實(shí)處，并把標(biāo)準(zhǔn)化工作持續(xù)進(jìn)行下去。