【新】汽車車身開發(fā)中的沖壓同步工程應(yīng)用

2016-09-09 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文主要從改善沖壓工藝性、提高材料利用率和提高產(chǎn)品質(zhì)量三個方面說明了沖壓SE在汽車車身開發(fā)中的作用,并對沖壓SE驗證制件成形工藝性的流程進行了舉例介紹。

當今世界,全球汽車制造企業(yè)之間的競爭日趨激烈,車型平均壽命不斷縮短,整車企業(yè)新品投放市場的速度不斷加快,要想贏得競爭,必須快速響應(yīng)市場變化,這也對汽車車身開發(fā)提出了更高要求。傳統(tǒng)的汽車車身串行開發(fā)模式因為自身存在的缺點已經(jīng)無法適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的要求,同步工程便應(yīng)運而生。所謂同步工程(Simultaneous engineering,簡稱SE)是對產(chǎn)品開發(fā)及其相關(guān)過程進行并行、一體化設(shè)計的一種工作模式,這種工作模式適應(yīng)于高速發(fā)展和競爭激烈的汽車行業(yè)的車身開發(fā),車身的開發(fā)速度直接決定于模具的開發(fā)速度。沖壓SE在縮短模具開發(fā)周期、提高材料利用率、減少成本及改善沖壓工藝性方面發(fā)揮著重要作用。

沖壓SE改善沖壓工藝性

傳統(tǒng)汽車車身開發(fā)工作采用串行工程的方法,易造成前后脫節(jié)。由于不能在過程中盡早考慮工藝規(guī)劃、質(zhì)量保證及制造工藝性等問題,使一些問題到后期才能暴露出來并加以解決,導(dǎo)致設(shè)計改動量大,產(chǎn)品開發(fā)周期長,產(chǎn)品成本高。眾所周知,在產(chǎn)品壽命周期中,錯誤發(fā)現(xiàn)得越晚,造成的損失就愈越大。沖壓SE工程將工藝規(guī)劃和制造工藝性等問題及時反饋給產(chǎn)品部門,可以將“錯誤”消滅在設(shè)計階段。

1.實現(xiàn)產(chǎn)品材料的合理定義

如果在模具加工完成后,使用原產(chǎn)品定義材料無法沖壓出合格制件,那么將增加模具的調(diào)試周期,甚至導(dǎo)致模具報廢,如果此時更換材料,車身碰撞將無法通過。因此,在沖壓SE過程中,需要借助CAE分析軟件(Autoform,Pam-stamp)對產(chǎn)品材料定義的合理性進行驗證。

圖1和圖2分別為某車型中通道加強板和座椅橫梁采用不同材質(zhì)的分析結(jié)果。如圖2所示,從2c可以看出用產(chǎn)品初始定義的B340LA材質(zhì)成形局部區(qū)域有開裂危險。當材質(zhì)改換為B170P1時,分析結(jié)果為2b,成形開裂風(fēng)險消除。在沖壓SE過程中將此信息反饋給產(chǎn)品部門后,產(chǎn)品部門將材質(zhì)改換為B170P1。為了在此材質(zhì)下保證車身強度,設(shè)計部門將車身結(jié)構(gòu)進行了局部調(diào)整,這樣既減少模具的調(diào)試周期和模具報廢的風(fēng)險,又解決了后期更換材料車身碰撞無法通過的難題。

2.實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理定義

目前,大部分企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計人員對沖壓工藝考慮較少,導(dǎo)致很多產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,造成材料利用率下降,成本上升。同時,造成模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜,給模具調(diào)試和維修帶來不便,在沖壓SE過程中,可以對制件的結(jié)構(gòu)合理性進行分析,將信息反饋給產(chǎn)品設(shè)計部門,實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理定義。

如圖3所示,3a為某車型輪罩本體的整體結(jié)構(gòu),其拉延深度超過了500mm,如果按此數(shù)據(jù)開發(fā)模具,不但制件質(zhì)量難以保證,其模具結(jié)構(gòu)將異常復(fù)雜,給后期的模具調(diào)試及維修保養(yǎng)帶來困難。為此,我們將此信息反饋給設(shè)計部門,設(shè)計部門將此件分為3b和3c兩件,同時,焊接工藝部門按兩件進行物流規(guī)劃及夾具開發(fā)。

沖壓SE提高材料的利用率

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展,汽車行業(yè)對能源和資源的需求急劇上升,致使鋼材和能源價格大幅上漲。同時,汽車整體價格又有不斷下降的趨勢,廠家要通過各種途徑內(nèi)部消化材料上漲帶來的成本上升壓力以保持產(chǎn)品的競爭力。

奇瑞汽車作為一家以生產(chǎn)高性價比經(jīng)濟型轎車的企業(yè),為保持產(chǎn)品的競爭力,企業(yè)不斷挖掘內(nèi)部潛力,降低產(chǎn)品成本,其中提高單車材料利用率便是努力的方向之一。在沖壓件量產(chǎn)后,模具結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定下來,要提高單車材料利用率,只能通過減少材料下料尺寸的方式,但提高的幅度有限。要降低車身材料的使用,應(yīng)在汽車模具設(shè)計開發(fā)過程中,對材料的利用率進行嚴格要求,在設(shè)計過程中對工藝及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行分析和改進,來提高材料利用率。因此,沖壓SE在汽車車身開發(fā)中的有效運用可提高材料的利用率。

1.實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理定義

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理定義可以實現(xiàn)各部位結(jié)構(gòu)的實用性以及較高的材料利用率。

2.實現(xiàn)產(chǎn)品材料的合理定義

對于小的制件材料牌號定義時,可以在其滿足使用要求的情況下,盡量與大件的牌號保持一致,以便后期大件廢料的回收再利用。

3.實現(xiàn)沖壓工藝的合理定義

在保證滿足要求的前提下:能采用成形工藝的則不采用拉延工藝;能采用開口拉延的制件則不用閉式拉延;采用淺拉延工藝能滿足要求的不采用深拉延工藝。在沖壓SE過程中,個別制件可以在滿足使用功能的情況下,通過對制件局部細微的修改,實現(xiàn)沖壓工藝由拉延向成形,閉式拉延向開口拉延,以及深拉延到淺拉延的轉(zhuǎn)變,以達到提高材料利用率、減少成本的目的。

沖壓SE可提高沖壓件的質(zhì)量

根據(jù)現(xiàn)代質(zhì)量控制理論,質(zhì)量首先是設(shè)計出來的,其次才是制造出來的,檢驗只能去除廢品而不能提高質(zhì)量。沖壓SE技術(shù),將所有可能質(zhì)量問題盡可能在設(shè)計上解決,使所設(shè)計的產(chǎn)品便于制造及維護。

如圖4所示,4a中紅線所示棱線R角僅有8mm,屬于設(shè)計的先天“畸形”,產(chǎn)生滑移線不可避免,4b所示的滑移距離有6~7mm。對于此種質(zhì)量問題和風(fēng)險,由于沖壓SE的存在可盡力消除在設(shè)計階段。

沖壓SE可實現(xiàn)產(chǎn)品成形工藝性的驗證

在汽車模具開發(fā)中,大件的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝配及調(diào)試周期長,如果大件的成形工藝性在未得到驗證前便投入模具的設(shè)計與制造,勢必給后期生產(chǎn)及調(diào)試帶來巨大的風(fēng)險,沖壓SE可對大型制件成形工藝性進行驗證,以減少開模的風(fēng)險?，F(xiàn)以某車型后底板為例,介紹沖壓SE驗證成形工藝性的流程。確定工藝方案→制作模面b)→確定分模線c)→確定拉延筋線c)→確定板料線c)→CAE分析d)。圖5為SE驗證成形工藝性的過程流程圖。

工藝方案的確定是成形工藝性驗證中的重要一環(huán),工藝方案直接決定了模面的制作,進而決定驗證的可靠性,即產(chǎn)品“錯誤”暴露的充分性。工藝方案的確定主要從主機廠的設(shè)備、生產(chǎn)綱領(lǐng)及材料利用率等方面進行考慮。

驗證的過程其實是一個不斷試錯的過程,通過調(diào)整模面形狀、板料線的尺寸及筋線的位置及拉延力,甚至于修改工藝方案,重新制作模面、板料線和拉延筋線,使之達到良好成形效果,在反復(fù)試錯無法得到良好成形效果的情況下,提出產(chǎn)品設(shè)變,以減少后期設(shè)變修改模具的風(fēng)險。

結(jié)語

在汽車車身開發(fā)過程中應(yīng)用同步工程,有利于縮短車身開發(fā)的周期,提高車身質(zhì)量,降低成本以及使制造更加柔性化,從而快速地響應(yīng)市場變化,以提高在汽車市場中的競爭力。同步工程是企業(yè)在日益激烈的市場競爭中求生存、求發(fā)展的一種有效方法,也是我國盡快吸收、消化國外先進技術(shù),迅速提高自主設(shè)計能力,開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán),實現(xiàn)跨越式發(fā)展的必要手段。

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