汽車上有60%～70%的零件是用沖壓工藝生產出來的，汽車沖壓模具的開發(fā)是新車型生產準備的重要部分，隨著我國汽車市場自主品牌車型開發(fā)的激烈競爭，模具開發(fā)能否按期完成，成為關系著新車型能否順利按計劃實現(xiàn)SOP的關鍵。同步工程（Simultaneous Engineering）技術集成了汽車公司和模具公司各自的優(yōu)勢，在車身開發(fā)階段就考慮到產品模具制造各個環(huán)節(jié)可能遇到的問題，同步進行車身設計和模具制造的可行性分析，提高產品的設計質量，降低產品成本，有效縮短模具制造周期。

同步工程是指在汽車設計階段進行工程化可行性分析，在設計階段把后期制造過程中可能出現(xiàn)的問題暴露出來，通過產品設變、工藝優(yōu)化等技術手段解決制造隱患，避免后期制造的風險。在國外，同步工程又可稱為基于可制造性的設計—DFM(Design For Manufacturability）。當前，全球汽車制造商面臨著巨大的成本壓力，傳統(tǒng)的汽車開發(fā)制造流程由于周期長、成本高，而無法適應新的全球競爭的要求。沖壓SE在汽車開發(fā)中的應用對于縮短模具開發(fā)周期、提高材料利用率、降低工藝難度、減少開發(fā)成本、提高產品質量及改善沖壓工藝性等方面發(fā)揮重要作用，為汽車制造商對汽車開發(fā)制造流程進行了優(yōu)化。特別是隨著計算機技術的發(fā)展，許多原來需要通過制造驗證的產品設計以及工藝，都可以通過CAE技術在設計階段進行驗證，CAE技術的不斷成熟和完善使同步工程能夠得到廣泛的應用?，F(xiàn)在汽車行業(yè)做的比較多的、成熟的同步工程是四大工藝的同步工程。同步工程已經成為各主機廠車身開發(fā)的重要流程。

在車身沖壓模具工藝開發(fā)中的應用

沖壓同步工程將沖壓工藝與計算機輔助工程相結合，對沖壓零件進行工程可行性分析，并且將產品開發(fā)的各個子過程之間互相配合，盡可能同步進行。汽車開發(fā)經過對標車分析階段和模型設計階段后是產品工程化階段，也是整個產品設計思想體現(xiàn)的關鍵，該階段產生的數(shù)據(jù)決定整個產品開發(fā)速度及產品質量。沖壓SE人員協(xié)同模具制造商從產品質量、沖壓工藝性、模具結構、操作性、成本等因素考慮，制定合理的工藝方案，編制產品工藝規(guī)劃，計算產品材料利用率，借助計算機輔助工程對產品數(shù)模進行沖壓工藝性分析，提出ECR工程更改申請書，提供數(shù)模整改建議和參考數(shù)模。其主要工作內容是確定工程數(shù)模實現(xiàn)的可能性，判斷暗傷開裂、起皺、成形不足、沖擊線及滑移線、回彈可能產生的位置及改善方案，對材料變薄率、剛性、強度、扣合性進行分析等。圖1所示為傳統(tǒng)車身工程和模具開發(fā)流程與應用同步工程的車身工程和模具開發(fā)流程的對比。

圖1 車身工程和模具開發(fā)流程

在車身沖壓工藝分析中的應用

以某MPV車型尾門外板沖壓工藝性分析為例，介紹同步工程在車身沖壓工藝分析上的應用。第一步，確定材料及成形參數(shù)：材質為H220B+Z，料厚為0.65mm；按BQB403-2009標準，查出材料抗拉強度、屈服強度、n值、r值；確定摩擦系數(shù)等。第二步，將產品數(shù)據(jù)按成形力中心與壓力機中心重合原則放入，設置沖壓方向和拉延壓料面，按產品成形深度確定行程，生成補充面，如圖2所示。第三步，成形過程模擬：按照沖壓的實際成形過程進行模擬成形，如圖3所示。第四步，分別進行成形性檢查、變薄率檢查、起皺檢查、滑移線檢查等。

⑴成形性檢查：CAE分析時零件有兩處側壁有黃色，如圖4所示，從軟件分析過程看，存在開裂風險的部位在凹模圓角部位向上一段型面上，判斷為不開裂；如果現(xiàn)場調試有開裂現(xiàn)象，可適當放大凹模刃口R角，由目前設計的R20最大可放大到R30，可以消除黃色開裂風險。

圖2 生成補充面

圖3 成形過程模擬

圖4 成形性檢查

圖5 變薄率檢查

⑵變薄率檢查：除前后側兩處變薄極限略高于20%，其余都控制在4%～20%的范圍內，如圖5所示，此兩處可適當調整拉延筋加以解決。

⑶起皺檢查正常，無缺陷，如圖6所示。

圖6 起皺檢查

⑷滑移線檢查：兩段棱線R值在25～30mm之間，最大滑出R角邊界7.8mm，因R值較大，精算滑移線剛好在R角根部，不影響產品外觀質量，如圖7所示。

圖7 滑移線檢查

通過以上模擬分析，可以確定沖壓件成形的參數(shù)條件，如成形力、壓料力、板料尺寸、材料利用率、拉延筋形式和尺寸、頂桿行程、進料量等，對后續(xù)模具結構設計和模具調試都有較強的指導作用。

在車身沖壓模具結構設計中的應用

⑴確定拉延筋的形狀、尺寸，分析板料成形過程各方向的進料量。

根據(jù)Dynaform精算結果，確定拉延筋尺寸，對拉延模具結構設計有明顯指導作用，可直接設計出整體鑄造筋的結構，避免因修改反復設計鑲嵌式結構的筋線，減少加工量，提高模具使用壽命，如圖8所示。模擬分析板料成形過程各方向的進料量，如圖9所示，對后續(xù)模具調試提供指導。

圖8 拉延模具拉延筋尺寸設計明細

圖9 拉延結束后料邊與真實筋邊緣最小距離信息（Dynaform精算）

⑵對沖壓件各工序的回彈量進行模擬分析。

根據(jù)Dynaform精算結果，沖壓件各工序的回彈量有確切的分析數(shù)值。如某車型尾門外板拉延模設計時，可以參照回彈分析結果，將中下部一段型面做出1.2mm回彈量，使產品的尺寸合格率得到提升。尤其在OP40和OP50翻邊和側翻邊工序中，由于產品翻邊高度較大，翻邊后回彈明顯，也可以參照分析結果，給出翻邊補償量，可減少后期調整量。該零件OP10工序回彈量如圖10所示，OP20工序回彈量如圖11所示，OP40工序回彈量如圖12所示，OP50工序回彈量如圖13所示。

圖10 OP10（支撐結果）

圖11 OP20（支撐結果）

圖12 OP40（支撐結果）

圖13 OP50（支撐結果）

在車身沖壓模具制造中的應用

模具制造商在接到汽車零件的模具制造訂單后即參與主機廠的工程開發(fā)。模具廠內部又有不同的分工：汽車零件工藝設計、模具結構設計、模具制造工藝制訂、模型制造、模具零件加工制造、標準件采購、模具組裝等。模具廠通過“項目計劃表”和“模具制造進度表”等實現(xiàn)行之有效的制造工藝同步工程，將不同工藝過程協(xié)同管理，通過同步工程管理將模具制造過程各環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系在一起，提高模具制造進度。模具廠組裝鉗工在整個模具制造過程中發(fā)揮設計參與、進度跟蹤、工藝指導和質量把關的關鍵作用，確保模具按時完成。主機廠安排相關人員在模具制造廠模具制造的不同階段參與檢查監(jiān)督，有效防止模具制造過程中出現(xiàn)問題。

在車身沖壓模具驗證投產中的應用

模具的驗證投產是實現(xiàn)產品設計思想到實際出件的重要節(jié)點，汽車零件能不能保質保量按時提供，關系著產品開發(fā)能否按期投放市場。主機廠人員需及時發(fā)現(xiàn)模具在模具廠試模時出現(xiàn)的問題，并及時在模具廠進行處理。在模具發(fā)運到主機廠前，主機廠應用3D-Simulation虛擬仿真技術，將設備、工裝、模具按照1：1建立數(shù)模，并反饋到虛擬環(huán)境中，通過離線模具設計檢查、機械手運動軌跡編輯、干涉曲線優(yōu)化、端拾器設計、零件受力分析等，提前做好模具驗收的各項準備工作，同步做好模具存放及維修場地、驗證材料、端拾器、自動化機械手運動軌跡模擬、產品零件料架等準備工作。模具調試驗收過程中，除了常規(guī)的模具靜態(tài)檢查、動態(tài)檢查、沖壓件尺寸精度和表面質量評估外，還有試模材料的測試確認。試模后采用超聲波測厚儀檢測沖壓件各部位的實際厚度減薄率，通過了解各部位可能發(fā)生開裂的程度，進一步評估沖壓件生產時的合格率，確保生產穩(wěn)定。

隨著計算機技術的發(fā)展，主機廠許多原來需要通過制造驗證的產品設計以及工藝，都可以通過CAE技術在設計階段進行驗證，近幾年CAE技術的不斷成熟和完善，使同步工程能夠得到廣泛的應用。同時企業(yè)通過長期的經驗積累，建立企業(yè)“數(shù)字化樣車”知識庫，把沖壓同步工程與車身設計的其他領域的CAE技術結合，為整車開發(fā)提供更全面的支持。通過“虛擬制造”等技術把后續(xù)模具開發(fā)、制造以及模具驗證投產等過程更緊密地與車身開發(fā)聯(lián)系起來，達到企業(yè)在新車型開發(fā)過程中降低風險、縮短開發(fā)、制造周期、控制成本的目的，為企業(yè)贏得市場提供有力支持。

——本文節(jié)選自《鍛造與沖壓》2019年第6期。