汽車高強(qiáng)鋼輥壓件的應(yīng)用和其實(shí)現(xiàn)研究

鄧濟(jì)聰　盧建偉　汪守武

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

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼;項(xiàng)目管理;過程策劃;設(shè)備;工裝

1 引言

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

2 汽車高強(qiáng)鋼輥壓應(yīng)用

2.1 汽車輥壓應(yīng)用

2.1.1 汽車輥壓件應(yīng)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(dòng)，將金屬板材不斷的向前進(jìn)方向進(jìn)行折彎，變成特定的連續(xù)斷面的一種加工方法。國(guó)外主流汽車廠所開發(fā)的輥壓型零件已占到60%，而國(guó)內(nèi)轎車新型車型中的用量?jī)H為6%，有非常大的應(yīng)用空間。輥壓成型工藝也因具有以下優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(qiáng)鋼輥壓件應(yīng)用現(xiàn)狀

2018版C-NCAP的實(shí)施，增加了汽車安全性的要求，為確保整車安全可以達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)要求，高強(qiáng)鋼材料在各汽車廠得到廣泛應(yīng)用。白車身正面碰撞吸能分為三個(gè)區(qū)：前吸能區(qū)，中吸能區(qū)，后吸能區(qū)，如圖;各個(gè)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(qiáng)梁進(jìn)行分散傳遞。

中層：是主要的傳力路徑。保險(xiǎn)杠緩沖梁和吸能盒將接受到的碰撞能量進(jìn)行初步吸收后進(jìn)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(qiáng)鋼零件在汽車上的應(yīng)用主要集中在如下，見表2：

2.1.3 汽車高強(qiáng)鋼輥壓件截面使用現(xiàn)狀

為滿足C-NCAP碰撞要求，高強(qiáng)鋼輥壓件在應(yīng)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(qiáng)鋼輥壓件的截面形式有如表3：

2.2 汽車高強(qiáng)鋼輥壓平臺(tái)化應(yīng)用

汽車產(chǎn)品平臺(tái)化架構(gòu)戰(zhàn)略主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙、地板、懸架、制動(dòng)、傳動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、電子電器等。福特T型車是平臺(tái)化最先實(shí)現(xiàn)的車型，通過，對(duì)動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)等懸掛與底盤車架上，在T型車上可實(shí)現(xiàn)安裝三廂車，Coupe，面包車，小貨車等。現(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(tái)，豐田汽車的TNGA平臺(tái)，寶馬的UKL平臺(tái)，PSA的EMP2平臺(tái)，吉利汽車發(fā)布的CMA，BMA，DMA，及SPA平臺(tái)，這些平臺(tái)化的應(yīng)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(tái)架構(gòu)，可使零部件平臺(tái)化20%～30%，最終目標(biāo)可達(dá)成70%～80%，對(duì)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(xiǎn)杠的后面，通過螺栓與縱梁相連。在低速碰撞時(shí)，通過其本身高強(qiáng)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(shí)，將碰撞能量傳遞給左右縱梁等主要承受部件，同時(shí)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(jìn)行前防撞梁平臺(tái)化策劃時(shí)，從整車設(shè)計(jì)要求，輕量化，碰撞要求，成本，開發(fā)周期等進(jìn)行了對(duì)比策劃。

在滿足同等設(shè)計(jì)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(tái)化開發(fā);鋁擠壓前橫梁，擠壓模成本低，但彎曲模成本高，導(dǎo)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(jìn)行門檻平臺(tái)化策劃時(shí)，從整車設(shè)計(jì)要求，輕量化，碰撞要求，成本，開發(fā)周期等進(jìn)行了對(duì)比策劃，在滿足同等設(shè)計(jì)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(fèi)用低。

3 汽車高強(qiáng)鋼輥壓實(shí)現(xiàn)

3.1 高強(qiáng)鋼輥壓工藝策劃

當(dāng)零部件廠家已和汽車廠達(dá)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(xué)模型、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、樣件和相關(guān)信息后進(jìn)行高強(qiáng)鋼輥壓工藝策劃。

第一：客供資料分析：識(shí)別材料信息，材料牌號(hào)，機(jī)械性能，厚度等，確認(rèn)材料是否為市面可買材料。識(shí)別GD&T尺寸信息，哪些是關(guān)鍵尺寸，為后續(xù)進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)提供輸入。識(shí)別客戶特殊要求，如特殊工藝要求。

材料信息的識(shí)別需要明確，材料牌號(hào)如HC820/1180DP，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB418-2018，料厚t1.2mm，機(jī)械性能屈服強(qiáng)度 RP0.2 820～1130 MPa，抗拉強(qiáng)度Rm 不小于1180 MPa，斷后伸長(zhǎng)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(shí)別GD&T尺寸信息，明確產(chǎn)品基準(zhǔn)信息，基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)孔的設(shè)定是否滿足321原則等，基準(zhǔn)孔公差是否能保證，基準(zhǔn)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(shí)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(jìn)行管控，參考標(biāo)準(zhǔn)是哪些，這些都要識(shí)別，并為后續(xù)工裝設(shè)計(jì)提供輸入。

識(shí)別客戶特殊要求，識(shí)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(shí)別圖紙圖示有無特別指示的公差要求，如移動(dòng)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(duì)截面進(jìn)行輥壓工藝分析，確認(rèn)輥壓可行性，有無無法實(shí)現(xiàn)的特征，如孔邊緣是否在輥壓成型圓弧上，導(dǎo)致輥壓波浪;使用COPRA進(jìn)行輥花初步設(shè)計(jì)，大致確認(rèn)輥壓成型需求的輥輪段數(shù)。

第三：針對(duì)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(rèn)好，結(jié)合輥壓成型工藝的實(shí)際情況，確認(rèn)原材料料帶寬度公差。

在線沖孔工藝的編排是否合理會(huì)直接影響后續(xù)輥壓成品后的孔特征的實(shí)際表現(xiàn)，如在產(chǎn)品數(shù)據(jù)上標(biāo)注的圓孔，在線沖孔如未進(jìn)行設(shè)計(jì)補(bǔ)償，將直接導(dǎo)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(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償精度達(dá)到什么程度。

第四：內(nèi)部資料分析：識(shí)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(qiáng)鋼輥壓工裝設(shè)備投入策劃

當(dāng)高強(qiáng)鋼輥壓工藝已完成策劃后，需要對(duì)工裝設(shè)備投入進(jìn)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(jī)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(chǎng)內(nèi)布局規(guī)劃;⑤滿足節(jié)拍要求;⑥滿足人機(jī)工程;⑦滿足精益生產(chǎn)要求等。

3.4 高強(qiáng)鋼輥壓質(zhì)量控制策劃

結(jié)合3.1高強(qiáng)鋼輥壓工藝策劃的客供資料分析內(nèi)容及法律法規(guī)，識(shí)別出產(chǎn)品/過程特殊特性初始清單和相關(guān)信息，同時(shí)組織相關(guān)負(fù)責(zé)人識(shí)別顧客要求， 對(duì)顧客要求進(jìn)行評(píng)審，分析、交流、確認(rèn)，形成《產(chǎn)品和過程特殊特性明細(xì)表》。并就以下內(nèi)容與所開發(fā)產(chǎn)品要求進(jìn)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(cè)和試驗(yàn)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(shí)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(jī)、料、法和環(huán)等各方面，一般識(shí)別來源與客戶輸入、PFMEA、產(chǎn)品圖紙，類似項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。在生產(chǎn)過程中進(jìn)行重點(diǎn)控制，確保特殊特性滿足顧客要求及過程的需要，應(yīng)作好相應(yīng)的檢測(cè)記錄，必要時(shí)應(yīng)采取糾正或預(yù)防措施，實(shí)現(xiàn)特殊特性的改進(jìn)完善。

失效模式及后果分析（PFMEA）的開發(fā)，零部件廠對(duì)形成產(chǎn)品的所有過程進(jìn)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(yīng)通過PFMEA 分析，確定產(chǎn)品或過程需重點(diǎn)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(duì)產(chǎn)品要求收集分析并討論P(yáng)FMEA所需的各類信息，如潛在的失效模式、潛在的失效后果、嚴(yán)重度（S）、頻度（O）、探測(cè)度（D）、潛在的失效起因/機(jī)理、現(xiàn)有預(yù)防過程控制、現(xiàn)有預(yù)防探測(cè)控制方法等。

控制計(jì)劃的制訂與評(píng)審控制計(jì)劃應(yīng)包括如下幾個(gè)階段：樣件控制計(jì)劃、試生產(chǎn)控制計(jì)劃、生產(chǎn)控制計(jì)劃。試生產(chǎn)控制計(jì)劃是對(duì)尺寸測(cè)量、材料和功能試驗(yàn)的描述，目的是遏止初期生產(chǎn)運(yùn)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(yīng)的防錯(cuò)技術(shù)。需要時(shí)，對(duì)重大工裝和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案評(píng)審和/或綜合設(shè)計(jì)評(píng)審并記錄。

試生產(chǎn)運(yùn)行，對(duì)產(chǎn)品和過程進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，此過程是一個(gè)變動(dòng)循環(huán)的過程，應(yīng)根據(jù)樣品的生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)適合時(shí)，按實(shí)際情況增加所需內(nèi)容。

在試生產(chǎn)之前，須評(píng)估控制計(jì)劃中所有的新的測(cè)量系統(tǒng)，尤其是針對(duì)特殊特性，測(cè)量系統(tǒng)分析參照MSA工具書的要求，重點(diǎn)作好重復(fù)性、再現(xiàn)性分析。

在試生產(chǎn)階段，進(jìn)行初始能力研究，至少針對(duì)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(jì)劃是評(píng)價(jià)產(chǎn)品和服務(wù)的基礎(chǔ)。應(yīng)對(duì)計(jì)量和計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。持續(xù)改進(jìn)、實(shí)施與驗(yàn)證，不斷提高過程能力。

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