沖壓SE在汽車開發(fā)中的內(nèi)容及應(yīng)用

汽車開發(fā)基本階段包括對標(biāo)車分析階段、模型設(shè)計階段、產(chǎn)品工程化階段、樣車制作階段、試生產(chǎn)階段、小批量生產(chǎn)階段，沖壓SE工作主要集中在前4個階段，在每個階段有不同的工作內(nèi)容和分析的側(cè)重點。

1.對標(biāo)車分析階段

01.對標(biāo)車分析階段內(nèi)容

對標(biāo)車分析階段的主要工作有沖壓生產(chǎn)能力分析和對標(biāo)車工藝分析，沖壓生產(chǎn)能力分析指在產(chǎn)品開發(fā)初期，根據(jù)項目預(yù)研報告和沖壓設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行沖壓生產(chǎn)能力分析，包括沖壓車間的產(chǎn)能評估分析、壓力機(jī)適用性分析等方面；對標(biāo)車工藝分析指沖壓SE人員在充分理解和熟知對標(biāo)車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入了解車身零件的沖壓工藝性、工序數(shù)、材料利用率及成本等相關(guān)情況。

2 模型設(shè)計階段內(nèi)容及應(yīng)用

01.模型設(shè)計階段內(nèi)容

模型設(shè)計階段的主要工作有模型分析和主斷面分析，模型分析包括零件的沖壓工藝性分析、零件的表面質(zhì)量分析、車身分塊線分析、零件特征線分析等；主斷面反映了車身結(jié)構(gòu)、零件匹配等重要信息，主斷面分析包括零件的沖壓成形性研究、零件的圓角分析等。

根據(jù)外觀CAS數(shù)據(jù)和車身主斷面等相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入，沖壓SE人員對沖壓工藝難度較大的零件進(jìn)行分析，對沖壓工藝性產(chǎn)生影響的部位提出相應(yīng)的設(shè)計變更要求，給出零件優(yōu)化和修改建議，既保持造型風(fēng)格的美觀程度，又能使零件容易制造，開發(fā)出高質(zhì)量的零件。

02.沖壓SE在模型設(shè)計階段的應(yīng)用

現(xiàn)以某車型CAS面上的發(fā)動機(jī)蓋、翼子板和前大燈部位的造型與分塊的沖壓工藝性分析為例，說明沖壓SE在模型設(shè)計階段的應(yīng)用。

圖1 發(fā)動機(jī)蓋外板

發(fā)動機(jī)蓋外板如圖1所示，發(fā)動機(jī)外板特征棱線R角小，沖壓成形過程中可能出現(xiàn)棱線滑移，外表面出現(xiàn)質(zhì)量問題，造成零件返修甚至報廢，建議R角由R10mm加大到R15mm以上，降低產(chǎn)品報廢率，提高生產(chǎn)效率。

圖2 翼子板

翼子板如圖2所示，翼子板與發(fā)動機(jī)蓋分塊線鷹嘴處角度尖銳，α角度小，模具強(qiáng)度低，建議調(diào)整分塊線角度，α角度由25°加大到40°以上，提高模具的強(qiáng)度。

以某車型CAS面上的后背門擾流板安裝部位的造型與分塊的沖壓工藝性分析為例

圖3 背門表面

背門表面如圖3所示，背門擾流板安裝部位上側(cè)外表面區(qū)域的鈑金寬度W過寬，易造成外表面產(chǎn)生波浪曲折和局部凹凸的缺陷，表面質(zhì)量差，根據(jù)以往車型的經(jīng)驗，建議寬度W由160mm減小到100mm以內(nèi)，提高零件表面質(zhì)量。

以某車型側(cè)圍斷面沖壓工藝性分析為例

圖4 側(cè)圍外板

側(cè)圍外板如圖4所示，側(cè)圍A柱、B柱之間和前門配合位置的側(cè)壁拔模角度小，該位置的側(cè)壁與車身Y向夾角β為30°，存在拉深開裂的風(fēng)險，建議側(cè)壁與車身Y向夾角β由30°加大到35°以上，更改相應(yīng)的斷面結(jié)構(gòu)。如果在模具制造完成后，發(fā)現(xiàn)無法沖出合格的零件，需要更改此處側(cè)壁的拔模角度來改善沖壓工藝性，涉及到與側(cè)圍配合的車門的止口和密封都要進(jìn)行相應(yīng)的更改，更改范圍和改變量都很大，影響開發(fā)周期和零件成形質(zhì)量。

圖5 臺階原理

臺階原理如圖5所示，A－B的2個路徑長度一樣，臺階形狀可改善局部成形性。側(cè)圍與后保險杠搭接面是一個很深的立面，在成形時立面存在起皺的風(fēng)險，棱線存在圓角不光順的風(fēng)險，可利用臺階原理改變此處結(jié)構(gòu)，增加二級臺階后結(jié)構(gòu)如圖6所示，雖然形狀改變，但線長不變，改善該處的成形性，提高了零件表面質(zhì)量。

圖6 側(cè)圍外板側(cè)壁增加二級臺階

3.產(chǎn)品工程化階段內(nèi)容及應(yīng)用

01.產(chǎn)品工程化階段內(nèi)容

產(chǎn)品工程化階段是整個產(chǎn)品設(shè)計思想體現(xiàn)的關(guān)鍵，該階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)決定整個產(chǎn)品開發(fā)速度及產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓SE人員從產(chǎn)品質(zhì)量、沖壓工藝性、模具結(jié)構(gòu)、操作性、成本等因素考慮，制定合理的工藝方案，編制產(chǎn)品工藝規(guī)劃，計算產(chǎn)品材料利用率，借助計算機(jī)輔助工程（CAE）對產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行沖壓工藝性分析，提出ECR（engineer change request）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(nèi)容包括：判斷開裂可能產(chǎn)生的位置及改善方案；起皺可能產(chǎn)生的位置及改善方案；成形不足可能產(chǎn)生的的位置及改善方案；沖擊線、滑移線可能產(chǎn)生的位置及改善方案；回彈可能產(chǎn)生的位置及改善方案；剛性分析；強(qiáng)度分析；扣合性分析等。

02.沖壓SE在產(chǎn)品工程化階段的應(yīng)用

以某車型后背門內(nèi)板通過調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分塊改善沖壓工藝性為例

（a）產(chǎn)品分塊前設(shè)計

（b）CAE仿真分析結(jié)果

圖7 后背門內(nèi)板設(shè)計及CAE仿真分析結(jié)果

后背門內(nèi)板分塊前設(shè)計圖及CAE仿真分析結(jié)果如圖7所示，從圖7可以看出，后背門內(nèi)板為整體結(jié)構(gòu)，在給定的沖壓方向，拉深深度超過350mm，而且中間部位側(cè)壁拔模角度小，導(dǎo)致拉深開裂嚴(yán)重，無法成形。

（a）產(chǎn)品分塊后設(shè)計

（b）CAE仿真分析結(jié)果

圖8 后背門內(nèi)板分塊后設(shè)計及CAE仿真分析結(jié)果

為解決開裂問題，對該產(chǎn)品進(jìn)行了分塊優(yōu)化設(shè)計，建議將整體結(jié)構(gòu)拆分成主體結(jié)構(gòu)件①和3個加強(qiáng)件②、③和④，成形深度降低了95mm，產(chǎn)品分塊后設(shè)計圖及CAE仿真分析結(jié)果如圖8所示，從圖8可以看出，分塊后的產(chǎn)品主體結(jié)構(gòu)件①無開裂問題，3個加強(qiáng)件成形也無問題。

以某車型的發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)板通過更改材料牌號來降低產(chǎn)品成本為例

（a）設(shè)計圖

（b）材料為DC04的仿真分析結(jié)果

（c）材料為DC01的仿真分析結(jié)果

圖9 發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)板設(shè)計及CAE仿真分析結(jié)果

該發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)較為簡單（見圖9（a）），初始定義材料為DC04，考慮到成本因素，DC01比DC04材料價格每噸節(jié)省760元，沖壓SE人員采用DC04和DC01兩種材料分別進(jìn)行仿真分析，通過調(diào)整壓邊力、坯料大小、拉深筋大小及分布等，得到的分析結(jié)果基本一致，材料為DC04的仿真分析結(jié)果如圖9（b）所示，材料為DC01的仿真分析結(jié)果如圖9（c）所示。采用DC01材料單個零件節(jié)省成本：0.76元/kg×1.8kg（零件重量）/0.5（材料利用率）=2.7元，故采用DC01材料。

以某車型后保險杠安裝支架根據(jù)產(chǎn)品功能要求、減少翻邊工序為例

（a）更改前的翻邊結(jié)構(gòu)

（b）更改后的沉臺結(jié)構(gòu)

圖10 后保險杠下安裝支架

零件的兩側(cè)是翻邊結(jié)構(gòu)，如圖10（a）所示，需要增加翻邊工序，建議將翻邊結(jié)構(gòu)改為沉臺結(jié)構(gòu)，如圖10（b）所示。翻邊結(jié)構(gòu)的目的是加強(qiáng)作用，沉臺結(jié)構(gòu)同樣可以起到加強(qiáng)作用，而且還能減少1副翻邊模，節(jié)省了模具開發(fā)成本。

以某車型前圍板的工藝性分析為例

（a）翻邊工序的沖壓方向

（b）起皺解決方法

圖11 前圍板沖壓分析

找出工藝問題并給出整改建議，設(shè)定前圍板翻邊工序的沖壓方向為車身負(fù)Z向，兩側(cè)的翻孔是車身負(fù)Z向，而中間的翻孔是車身正Z向，翻孔方向不一致，導(dǎo)致零件成形工序的增加，如圖11（a）所示，建議將中間翻孔改為負(fù)Z向，保證所有翻孔方向一致，可在同一工序完成翻孔。關(guān)于翻邊多料導(dǎo)致起皺的問題，建議增開工藝缺口，并給出了詳細(xì)的參考尺寸，如圖11（b）所示。

以某車型翼子板前保險杠安裝孔沖孔角度不一致、調(diào)整沖孔方向為例

圖12 翼子板

翼子板前保險杠安裝孔沖孔角度不一致，有3個不同的沖孔方向（見圖12），如果在同一工序完成沖孔，其中有2個方向的沖孔角度大，沖孔易出現(xiàn)毛刺，凸模易折斷，如果不在同一工序完成，需增加2副模具完成沖孔，增加模具開發(fā)成本，建議將3個沖孔方向調(diào)整為與車身Y向一致，使其在同一工序完成，保證沖孔精度和位置度。

以某車型行李箱蓋內(nèi)板法蘭邊位置沖孔邊界距圓角根部較近導(dǎo)致模具零件強(qiáng)度差為例

圖13 行李箱蓋內(nèi)板法蘭邊沖孔位置模具零件強(qiáng)度差

某車型行李箱蓋內(nèi)板原始設(shè)計如圖13（a）所示，孔邊界距圓角根部距離只有2.3mm，如圖13（b）所示，模具零件刃口強(qiáng)度低，沖孔壓料區(qū)域面積小，壓料力不足，沖孔易出現(xiàn)毛刺，建議此處孔位向產(chǎn)品邊緣方向移動，遠(yuǎn)離圓角根部，保證孔邊界距圓角根部距離至少5mm以上，如圖13（c）所示，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長模具的使用壽命。

以某車型側(cè)圍的門檻側(cè)壁增加防回彈筋控制回彈為例

（a）側(cè)壁未增加防回彈筋

（b）側(cè)壁增加防回彈凸筋

圖14 側(cè)圍門檻增加防回彈筋

側(cè)圍門檻側(cè)壁為較大的平面，無任何形狀特征的凸筋或凹筋，如圖14（a）所示，成形后產(chǎn)生的回彈不易控制，容易產(chǎn)生皺紋和波浪，建議側(cè)壁增加均勻的防回彈凸筋，如圖14（b）所示，增加的凸筋能有效控制回彈，避免皺紋和波浪的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保側(cè)圍總成的焊接精度要求。

以某車型后地板通過分塊從而提高材料利用率為例

（a）分塊前設(shè)計

（b）分塊后設(shè)計

圖15 后地板分塊

后地板分塊前設(shè)計如圖15（a）所示，兩側(cè)的凸出部分導(dǎo)致材料利用率偏低，所消耗的原材料偏多，建議圖15（a）中以線段位置將零件進(jìn)行分塊，將其拆分成主體結(jié)構(gòu)件①和2個小的連接件②和③，分塊后設(shè)計如圖15（b）所示。零件分塊后材料利用率提高了3%，材料選用DC04，料厚為0.7mm，材料價格為4.7元/kg，分塊前所用原材料質(zhì)量為10kg，分塊后所用材料質(zhì)量為9.4kg，節(jié)省材料成本：4.7元/kg×（10kg－9.4kg）=2.8元。

4.樣車制作階段內(nèi)容

在樣車制作階段，沖壓SE人員根據(jù)零件的實物狀態(tài)驗證沖壓工藝的可行性，檢查前期SE分析沒有得到產(chǎn)品設(shè)計部門肯定答復(fù)而留作后期驗證的問題，同時發(fā)現(xiàn)和解決新出現(xiàn)的零件沖壓工藝性問題。該階段主要工作內(nèi)容包括零件剛度分析、強(qiáng)度分析、成形性分析、表面質(zhì)量檢查、裝配及干涉檢查等，為模具制作和零件成功生產(chǎn)提供支持和保證。在汽車產(chǎn)品開發(fā)過程的各階段中，沖壓SE人員與相關(guān)產(chǎn)品部門設(shè)計人員充分溝通，及時發(fā)現(xiàn)和解決新產(chǎn)品的沖壓問題，優(yōu)化零件設(shè)計，使設(shè)計更加合理，以便將更多的問題解決在初始階段。

來源：模具工業(yè)