搜索沖壓同步工程(SE)在汽車車身開發(fā)中的應用
2016-12-06 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品質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)無法適應行業(yè)發(fā)展的要求,同步工程便應運而生。所謂同步工程(Simultaneous engineering,簡稱SE)是對產品開發(fā)及其相關過程進行并行、一體化設計的一種工作模式,這種工作模式適應于高速發(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,導致設計改動量大,產品開發(fā)周期長,產品成本高。眾所周知,在產品壽命周期中,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品部門,可以將“錯誤”消滅在設計階段。
1.實現(xiàn)產品材料的合理定義
如果在模具加工完成后,使用原產品定義材料無法沖壓出合格制件,那么將增加模具的調試周期,甚至導致模具報廢,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的分析結果。如圖2所示,從2c可以看出用產品初始定義的B340LA材質成形局部區(qū)域有開裂危險。當材質改換為B170P1時,分析結果為2b,成形開裂風險消除。在沖壓SE過程中將此信息反饋給產品部門后,產品部門將材質改換為B170P1。為了在此材質下保證車身強度,設計部門將車身結構進行了局部調整,這樣既減少模具的調試周期和模具報廢的風險,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)產品結構的合理定義
目前,大部分企業(yè)的產品設計人員對沖壓工藝考慮較少,導致很多產品結構設計不合理,造成材料利用率下降,成本上升。同時,造成模具結構的復雜,給模具調試和維修帶來不便,在沖壓SE過程中,可以對制件的結構合理性進行分析,將信息反饋給產品設計部門,實現(xiàn)產品結構的合理定義。
如圖3所示,3a為某車型輪罩本體的整體結構,其拉延深度超過了500mm,如果按此數(shù)據(jù)開發(fā)模具,不但制件質量難以保證,其模具結構將異常復雜,給后期的模具調試及維修保養(yǎng)帶來困難。為此,我們將此信息反饋給設計部門,設計部門將此件分為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部消化材料上漲帶來的成本上升壓力以保持產品的競爭力。
奇瑞汽車作為一家以生產高性價比經(jīng)濟型轎車的企業(yè),為保持產品的競爭力,企業(yè)不斷挖掘內部潛力,降低產品成本,其中提高單車材料利用率便是努力的方向之一。在沖壓件量產后,模具結構已經(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,應在汽車模具設計開發(fā)過程中,對材料的利用率進行嚴格要求,在設計過程中對工藝及產品結構進行分析和改進,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)產品結構的合理定義
產品結構的合理定義可以實現(xiàn)各部位結構的實用性以及較高的材料利用率。
2.實現(xiàn)產品材料的合理定義
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可提高沖壓件的質量
根據(jù)現(xiàn)代質量控制理論,質量首先是設計出來的,其次才是制造出來的,檢驗只能去除廢品而不能提高質量。沖壓SE技術,將所有可能質量問題盡可能在設計上解決,使所設計的產品便于制造及維護。
如圖4所示,4a中紅線所示棱線R角僅有8mm,屬于設計的先天“畸形”,產生滑移線不可避免,4b所示的滑移距離有6~7mm。對于此種質量問題和風險,由于沖壓SE的存在可盡力消除在設計階段。
沖壓SE可實現(xiàn)產品成形工藝性的驗證
在汽車模具開發(fā)中,大件的模具結構復雜,裝配及調試周期長,如果大件的成形工藝性在未得到驗證前便投入模具的設計與制造,勢必給后期生產及調試帶來巨大的風險,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,即產品“錯誤”暴露的充分性。工藝方案的確定主要從主機廠的設備、生產綱領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,在反復試錯無法得到良好成形效果的情況下,提出產品設變,以減少后期設變修改模具的風險。
結語
在汽車車身開發(fā)過程中應用同步工程,有利于縮短車身開發(fā)的周期,提高車身質量,降低成本以及使制造更加柔性化,從而快速地響應市場變化,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,迅速提高自主設計能力,開發(fā)自主知識產權,實現(xiàn)跨越式發(fā)展的必要手段。
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