沖壓同步工程階段的控制方法

文/曹江懷·奇瑞汽車股份有限公司

傳統汽車車身開發一直采用串行工程的方法，不能在設計過程中及早考慮工藝規劃、質量保證及制造可行性等問題，使得一些問題到后期才能暴露出來，導致設計改動量大，產品開發周期長，產品制造成本高。

隨著計算機技術的不斷發展，出現了各種直接、簡單、快速的分析軟件，即各種計算機輔助工程（CAE）。同時也產生了一種使用各種CAE工具對產品開發及其相關過程進行并行、一體化設計的工作模式——同步工程。

CAE在汽車沖壓件生產工藝中的應用

在投產以前，通過對產品可能出現的各種成形缺陷進行CAE分析，來保證汽車沖壓件成形的可行性。通過計算機數值模擬技術，使設計階段就可以對沖壓件質量進行預測，控制制造成本，提高產品工藝設計的合理性，并能由此減少因為設計的錯誤而造成的返修或報廢。

基于數字模擬的面品分析

在以前的生產過程中，經常出現制件變形、回彈、起皺、開裂、覆蓋件的表面變形等問題，傳統的解決方式只能通過經驗不斷的試模，導致模具生產周期很長、產品質量達不到要求，往往不能按時交貨或者交不出合格的產品，甚至導致模具報廢，造成時間和資金上的巨額浪費。隨著CAE技術的廣泛應用，使得模具的設計流程也發生了變化，原來在后期爆發的問題提前暴露，在設計階段就能充分的發現和解決問題。

目前在中國汽車行業中，自主開發汽車漸漸盛行，同步工程技術越來越重要。汽車新車型的開發，是一項十分復雜的系統工程，在整個開發過程中需要投入巨大的人力、財力、物力，而且開發周期長，風險大。因此，產品開發必須要有一套全過程的科學管理程序，并嚴格按標準程序一步步地走完全過程。以下是傳統產品開發流程和引入同步工程技術的開發流程的區別：

傳統產品開發流程為：產品設計→工藝設計+模具制作→零件生產→產生問題→修改模具，如圖1所示。引入的同步工程技術產品開發流程為產品設計→數據初步工藝分析（依據工藝經驗和工藝理論）→CAD 模面開發→ CAE 成形仿真→修改數據→CAE成形仿真→模具制作→零件生產，如圖2所示。

采用同步工程開展數據設計及沖壓成形分析，開模之前加入數據CAE分析，對零件的成形性進行評估，提前預測回彈、起皺、開裂、應力、應變、剛度、拉延筋的布置。對相同問題的處理，CAE分析階段使用的時間僅相當于模具調試的幾十分之一。在產品設計階段開展同步工程，主要從以下幾個方面進行前期問題的提出及規避工作：

圖1 傳統模具開發流程

圖2 同步工程形式的模具開發

⑴造型和模型階段、C面數據階段的主要工作。產品按階段開展模型評審，提供A面數據、斷面數據以及其他相關產品信息，開展同步工程分析工作，輸出模型分析報告、主斷面分析報告以及可能的沖壓SE分析報告，見表1。

⑵B面數據階段見表2。產品按項目節點提供B面數據、產品二維圖紙、總成圖紙以及其他相關信息，工藝部門開展同步工程分析工作，主要是B面數據的綜合分析。輸出沖壓CAE報告、設計變更措施事項報告，必要時組織相關部門評審討論形成相關會議紀要，并出示B面數據通過報告。

⑶A面數據階段見表3。即樣車制作階段，最終數據狀態的分析和結論，同時涉及無法更改的遺留問題，形成相應的接收標準并備案。

同步工程分析階段控制實例介紹

外觀造型及覆蓋件表面數據是車身設計過程中數據開發逐步完善的過程，也是與工程開發部門開展同步協作最重要的過程。我們通常是數據質量優化→數據模擬分析→數據優化→數據模擬分析，在循環過程中不斷改進，不斷提升數據質量。以某車型翼子板單件缺陷為例進行分析，如圖3所示。

圖3 翼子板缺陷示意圖

表1 造型和模型階段沖壓SE分析主要工作

表2 B面數據階段沖壓SE分析主要工作

表3 A面數據階段沖壓SE分析主要工作

改進目標為提高外面品質量；提高材料使用率(節省材料）；討論減少工序次數，降低開發成本的方案。提案零件變更方案為四工序，OP10——拉延；OP20——修邊；OP30——翻邊側翻邊；OP40——側翻邊。

OP10拉延工序問題

OP10拉延工序的改進目標為保證表面質量，因為厚度變薄率超過4%，如圖4所示。通過工藝改善和工藝方向，提高材料利用率，如圖5所示。

圖4 拉延工藝分析示意圖

圖5 工藝改善示意圖

OP30產品變更建議和工藝優化

⑴翻邊問題。開裂發生在到底10mm之前，因為R的形狀尖銳和過渡劇烈。更改建議：方案1，改變形狀，擴大側面R的面積 (R12.5mm→ R25mm）。方案2， 改變形狀（增加凸臺或者縮小翻邊面長度），如圖6所示。

圖6 翼子板產品變更方案

⑵開裂、起皺問題。因為形狀變化劇烈導致制件暗裂。解決方案：改變其形狀，改變高度以及R的斷面大小（考慮安裝零件的相關需求），如圖7所示。

圖7 翼子板凸臺改進示意圖

⑶翻邊疊料和提高材料利用率問題。

發生重疊是因為翻邊面的長度太長和杯形區域。解決方案：方案1，一定要考慮取消安裝孔，縮小翻邊長度。方案2，一定要考慮孔移動位置，空間上縮小翻邊的長度，如圖8所示。

⑷材料利用率提升方面，如圖9所示。縮短翼子板安裝面的長度，并在壓料面上保留產品開展；通過落料排列節省材料。

圖8 翻邊疊料改進示意圖

圖9 材料利用率提升示意圖

在數值模擬能力還不是非常強大的情況下，一般在車型開發過程中，都考慮部分或者全部開發軟模，在此過程中，可以通過工藝驗證的方法，對比實物和軟件分析的問題差異，從而更大程度的優化產品數據。目前，我們采用一種叫虛擬AUDIT（或叫AUDIT預判）的手段，能夠有效的推進問題的明確和解決，為產品階段推進數據階段的問題提供了一種有力的手段。

虛擬AUDIT就是按照實物AUDIT的標準，結合CAE等數值模擬結果，通過對比前期開發車型的缺陷程度，軟模制件的實際情況，進行數據階段預判的一種方法，可以將每個缺陷的嚴重程度進行量化，并且將所有缺陷總數進行評價，和目標進行比照，若不滿足目標要求，或者存在不能接受的重大A、B類缺陷，都可以推進產品進行整改。

結束語

通過對覆蓋件進行CAE分析，分別從CAS、C/B/A面數據階段的面品模擬分析，結合軟模制件，前期開發的同類產品的實物狀態等共同分析、同步產品設計，即可有效的縮短開發周期，節省費用，也可提前對表面覆蓋件的質量進行提升和規避。