冲压同步工程(SE)在汽车车身开发中的应用

xiaozhiqiang

　　本文主要从改善冲压工艺性、提高材料利用率和提高产品质量三个方面说明了冲压SE在汽车车身开发中的作用，并对冲压SE验证制件成形工艺性的流程进行了举例介绍。
　　当今世界，全球汽车制造企业之间的竞争日趋激烈，车型平均寿命不断缩短，整车企业新品投放市场的速度不断加快，要想赢得竞争，必须快速响应市场变化，这也对汽车车身开发提出了更高要求。传统的汽车车身串行开发模式因为自身存在的缺点已经无法适应行业发展的要求，同步工程便应运而生。所谓同步工程（Simultaneous engineering，简称SE）是对产品开发及其相关过程进行并行、一体化设计的一种工作模式，这种工作模式适应于高速发展和竞争激烈的汽车行业的车身开发，车身的开发速度直接决定于模具的开发速度。冲压SE在缩短模具开发周期、提高材料利用率、减少成本及改善冲压工艺性方面发挥着重要作用。
　　冲压SE改善冲压工艺性
　　传统汽车车身开发工作采用串行工程的方法，易造成前后脱节。由于不能在过程中尽早考虑工艺规划、质量保证及制造工艺性等问题，使一些问题到后期才能暴露出来并加以解决，导致设计改动量大，产品开发周期长，产品成本高。众所周知，在产品寿命周期中，错误发现得越晚，造成的损失就愈越大。冲压SE工程将工艺规划和制造工艺性等问题及时反馈给产品部门，可以将“错误”消灭在设计阶段。
　　1.实现产品材料的合理定义
　　如果在模具加工完成后，使用原产品定义材料无法冲压出合格制件，那么将增加模具的调试周期，甚至导致模具报废，如果此时更换材料，车身碰撞将无法通过。因此，在冲压SE过程中，需要借助CAE分析软件（Autoform，Pam-stamp）对产品材料定义的合理性进行验证。
　　

　　图1和图2分别为某车型中通道加强板和座椅横梁采用不同材质的分析结果。如图2所示，从2c可以看出用产品初始定义的B340LA材质成形局部区域有开裂危险。当材质改换为B170P1时，分析结果为2b，成形开裂风险消除。在冲压SE过程中将此信息反馈给产品部门后，产品部门将材质改换为B170P1。为了在此材质下保证车身强度，设计部门将车身结构进行了局部调整，这样既减少模具的调试周期和模具报废的风险，又解决了后期更换材料车身碰撞无法通过的难题。
　　

　　2.实现产品结构的合理定义
　　目前，大部分企业的产品设计人员对冲压工艺考虑较少，导致很多产品结构设计不合理，造成材料利用率下降，成本上升。同时，造成模具结构的复杂，给模具调试和维修带来不便，在冲压SE过程中，可以对制件的结构合理性进行分析，将信息反馈给产品设计部门，实现产品结构的合理定义。
　　如图3所示，3a为某车型轮罩本体的整体结构，其拉延深度超过了500mm，如果按此数据开发模具，不但制件质量难以保证，其模具结构将异常复杂，给后期的模具调试及维修保养带来困难。为此，我们将此信息反馈给设计部门，设计部门将此件分为3b和3c两件，同时，焊接工艺部门按两件进行物流规划及夹具开发。
　　

　　冲压SE提高材料的利用率
　　随着汽车行业的高速发展，汽车行业对能源和资源的需求急剧上升，致使钢材和能源价格大幅上涨。同时，汽车整体价格又有不断下降的趋势，厂家要通过各种途径内部消化材料上涨带来的成本上升压力以保持产品的竞争力。
　　奇瑞汽车作为一家以生产高性价比经济型轿车的企业，为保持产品的竞争力，企业不断挖掘内部潜力，降低产品成本，其中提高单车材料利用率便是努力的方向之一。在冲压件量产后，模具结构已经确定下来，要提高单车材料利用率，只能通过减少材料下料尺寸的方式，但提高的幅度有限。要降低车身材料的使用，应在汽车模具设计开发过程中，对材料的利用率进行严格要求，在设计过程中对工艺及产品结构进行分析和改进，来提高材料利用率。因此，冲压SE在汽车车身开发中的有效运用可提高材料的利用率。
　　1.实现产品结构的合理定义
　　产品结构的合理定义可以实现各部位结构的实用性以及较高的材料利用率。
　　2.实现产品材料的合理定义
　　对于小的制件材料牌号定义时，可以在其满足使用要求的情况下，尽量与大件的牌号保持一致，以便后期大件废料的回收再利用。
　　3.实现冲压工艺的合理定义
　　在保证满足要求的前提下：能采用成形工艺的则不采用拉延工艺；能采用开口拉延的制件则不用闭式拉延；采用浅拉延工艺能满足要求的不采用深拉延工艺。在冲压SE过程中，个别制件可以在满足使用功能的情况下，通过对制件局部细微的修改，实现冲压工艺由拉延向成形，闭式拉延向开口拉延，以及深拉延到浅拉延的转变，以达到提高材料利用率、减少成本的目的。
　　冲压SE可提高冲压件的质量
　　根据现代质量控制理论，质量首先是设计出来的，其次才是制造出来的，检验只能去除废品而不能提高质量。冲压SE技术，将所有可能质量问题尽可能在设计上解决，使所设计的产品便于制造及维护。
　　如图4所示，4a中红线所示棱线R角仅有8mm，属于设计的先天“畸形”，产生滑移线不可避免，4b所示的滑移距离有6～7mm。对于此种质量问题和风险，由于冲压SE的存在可尽力消除在设计阶段。
　　

　　冲压SE可实现产品成形工艺性的验证
　　在汽车模具开发中，大件的模具结构复杂，装配及调试周期长，如果大件的成形工艺性在未得到验证前便投入模具的设计与制造，势必给后期生产及调试带来巨大的风险，冲压SE可对大型制件成形工艺性进行验证，以减少开模的风险。现以某车型后底板为例，介绍冲压SE验证成形工艺性的流程。确定工艺方案→制作模面b)→确定分模线c)→确定拉延筋线c)→确定板料线c)→CAE分析d)。图5为SE验证成形工艺性的过程流程图。
　　

　　工艺方案的确定是成形工艺性验证中的重要一环，工艺方案直接决定了模面的制作，进而决定验证的可靠性，即产品“错误”暴露的充分性。工艺方案的确定主要从主机厂的设备、生产纲领及材料利用率等方面进行考虑。
　　验证的过程其实是一个不断试错的过程，通过调整模面形状、板料线的尺寸及筋线的位置及拉延力，甚至于修改工艺方案，重新制作模面、板料线和拉延筋线，使之达到良好成形效果，在反复试错无法得到良好成形效果的情况下，提出产品设变，以减少后期设变修改模具的风险。
　　结语
　　在汽车车身开发过程中应用同步工程，有利于缩短车身开发的周期，提高车身质量，降低成本以及使制造更加柔性化，从而快速地响应市场变化，以提高在汽车市场中的竞争力。同步工程是企业在日益激烈的市场竞争中求生存、求发展的一种有效方法，也是我国尽快吸收、消化国外先进技术，迅速提高自主设计能力，开发自主知识产权，实现跨越式发展的必要手段。(end)