摘要：目前,全球汽车企业之间的竞争越来越激烈,要想赢得市场竞争,必须迅速响应市场需求与变化,加快产品研发速度。传统的汽车开发流程采用串行工程的方法,由于不能在产品开发初期考虑工艺规划、质量保证及制造工艺性等问题,导致产品设计更改量大,开发周期长,生产成本高,无法适应市场竞争的要求。同步工程(simultaneousengineering,SE)作为一种全新的系统工作方法应运而生,对汽车产品及相关开发过程进行并行、一体化设计。在产品设计阶段预测后期制造过程中可能出现的问题和风险,通过产品设计变更、工艺优化等技术解决后期制造中可能出现的问题,避免设计不可制造的产品。
关键词：冲压SE；汽车开发；应用
1汽车冲压概述
现今使用的汽车上,有百分之六、七十的零件是由冲压工艺生产出的,因此冲压技术对产品质量有直接影响。冲压工艺作为一种金属加工法,建立在金属塑性变形的基础上,通过模具和冲压设备对板料施加压力,使得板料产生塑性变形或分离,从而获得生产者需要的形状、尺寸、和性能的冲压件。模具开发进程影响着整个项目的进度,是主机厂生产的重要准备工作。
2冲压SE在汽车开发中的内容及应用
2.1对标车分析阶段
2.1.1对标车分析阶段内容
对标车分析阶段的主要工作有冲压生产能力分析和对标车工艺分析,冲压生产能力分析指在产品开发初期,根据项目预研报告和冲压设备的相关参数,进行冲压生产能力分析,包括冲压车间的产能评估分析、压力机适用性分析等方面;对标车工艺分析指冲压SE人员在充分理解和熟知对标车产品结构的基础上,深入了解车身零件的冲压工艺性、工序数、材料利用率及成本等相关情况。
2.1.2冲压SE在对标车分析阶段的应用
现以某车型侧围外板模具与压力机台面适应匹配性分析为例,说明冲压SE在对标车分析阶段的应用。由于新开发车型的整车尺寸较大,导致一些车身零件的长度或宽度方向的尺寸较大,该车型长度方向尺寸最大的零件为侧围,其长度约为3600mm,通过对以往车型侧围冲压工艺经验的分析,该零件第一道工序拉深模尺寸最大,根据产品外形尺寸预估拉深模长度方向尺寸约为4800mm,而车间的冲压线第一台压力机台面最大长度为4600mm,预估模具超出压力机台面尺寸。要实现所开发车型的顺利投产,可采用以下2种方案解决存在的问题:(1)增设长度超过4800mm的新冲压设备;(2)在设计阶段通过优化侧围、翼子板、发动机盖及后背门之间的分块线位置或侧围采用分开成两段的方式,确保侧围的长度<3300mm,模具长度方向最大尺寸<4600mm,使侧围能在现有冲压设备上生产。
方案(1)不但投入较大,而且设备利用率不高,故采用方案(2);在不增加设备投入的情况下利用现有设备满足侧围的冲压生产要求。如果在产品开发初期没有做好分析工作,在模具开发阶段才发现类似的问题,将增加模具开发成本,延长模具开发周期,影响整个项目的开发进度。
2.2模型设计阶段内容及应用
2.2.1模型设计阶段内容
模型设计阶段的主要工作有模型分析和主断面分析,模型分析包括零件的冲压工艺性分析、零件的表面质量分析、车身分块线分析、零件特征线分析等;主断面反映了车身结构、零件匹配等重要信息,主断面分析包括零件的冲压成形性研究、零件的圆角分析等。
根据外观CAS数据和车身主断面等相关数据的输入,冲压SE人员对冲压工艺难度较大的零件进行分析,对冲压工艺性产生影响的部位提出相应的设计变更要求,给出零件优化和修改建议,既保持造型风格的美观程度,又能使零件容易制造,开发出高质量的零件。
2.2.2冲压SE在模型设计阶段的应用
现以某车型CAS面上的发动机盖、翼子板和前大灯部位的造型与分块的冲压工艺性分析为例,说明冲压SE在模型设计阶段的应用。发动机外板特征棱线R角小,冲压成形过程中可能出现棱线滑移,外表面出现质量问题,造成零件返修甚至报废,建议R角由R10mm加大到R15mm以上,降低产品报废率,提高生产效率。
现以某车型CAS面上的后背门扰流板安装部位的造型与分块的冲压工艺性分析为例,背门扰流板安装部位上侧外表面区域的钣金宽度W过宽,易造成外表面产生波浪曲折和局部凹凸的缺陷,表面质量差,根据以往车型的经验,建议宽度W由160mm减小到100mm以内,提高零件表面质量。
现以某车型侧围断面冲压工艺性分析为例,侧围外板如图1所示,侧围A柱、B柱之间和前门配合位置的侧壁拔模角度小,该位置的侧壁与车身Y向夹角β为30°,存在拉深开裂的风险,建议侧壁与车身Y向夹角β由30°加大到35°以上,更改相应的断面结构。如果在模具制造完成后,发现无法冲出合格的零件,需要更改此处侧壁的拔模角度来改善冲压工艺性,涉及到与侧围配合的车门的止口和密封都要进行相应的更改,更改范围和改变量都很大,影响开发周期和零件成形质量。
图1侧围外板
台阶原理如图2所示,A-B的2个路径长度一样,台阶形状可改善局部成形性。侧围与后保险杠搭接面是一个很深的立面,在成形时立面存在起皱的风险,棱线存在圆角不光顺的风险,可利用台阶原理改变此处结构,虽然形状改变,但线长不变,改善该处的成形性,提高了零件表面质量。
图2台阶原理
2.3产品工程化阶段内容
产品工程化阶段是整个产品设计思想体现的关键,该阶段产生的数据决定整个产品开发速度及产品质量。冲压SE人员从产品质量、冲压工艺性、模具结构、操作性、成本等因素考虑,制定合理的工艺方案,编制产品工艺规划,计算产品材料利用率,借助计算机辅助工程(CAE)对产品数模进行冲压工艺性分析,提出ECR(engineerchangerequest)工程更改申请书,提供数模整改建议和参考数模。其主要工作内容包括:判断开裂可能产生的位置及改善方案;起皱可能产生的位置及改善方案;成形不足可能产生的的位置及改善方案;冲击线、滑移线可能产生的位置及改善方案;回弹可能产生的位置及改善方案;刚性分析;强度分析;扣合性分析等。
2.4样车制作阶段内容
在样车制作阶段,冲压SE人员根据零件的实物状态验证冲压工艺的可行性,检查前期SE分析没有得到产品设计部门肯定答复而留作后期验证的问题,同时发现和解决新出现的零件冲压工艺性问题。该阶段主要工作内容包括零件刚度分析、强度分析、成形性分析、表面质量检查、装配及干涉检查等,为模具制作和零件成功生产提供支持和保证。
在汽车产品开发过程的各阶段中,冲压SE人员与相关产品部门设计人员充分沟通,及时发现和解决新产品的冲压问题,优化零件设计,使设计更加合理,以便将更多的问题解决在初始阶段。
结论
冲压SE在汽车开发中的应用缩短了整车开发周期,节约了开发成本,提高了市场竞争力。但同步工程应用的广度及深度不够,工作方式还没有形成完善的标准流程规范。应通过加强团队能力建设,加强对冲压同步工程的重视程度,建立冲压同步工程较为完善的标准流程规范,积累开发经验,总结典型问题,建立以往车型冲压同步工程的问题库,逐步提高冲压SE的分析能力,随着冲压同步工程应用的不断深入,新产品的开发能力将会不断提高。
参考文献：
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论文作者:张文成,刘洋,肖祥发
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：零件论文; 阶段论文; 工艺论文; 模具论文; 车型论文; 工程论文; 断面论文; 《电力设备》2019年第5期论文;