同步工程（SE，Simultaneous Engineering）是指對產品與工藝、工裝的開發，產品與質量目標同步規劃，使開發者從概念開始就考慮其他子系統的接口和需求，考慮后續工藝、工裝的水平和能力以及質量目標的實現要求，即開發時就考慮到整個產品生命周期內的所有因素（包括質量、成本、進度和用戶要求）的一種系統方法。

工藝、工裝人員從概念設計階段就要加入到車身設計工作中，將必要的工藝約束條件提前引入進來，并對實際生產中可能發生，并影響質量、成本和周期的問題，進行識別和分析，通過和造型、產品等部門的溝通討論，在數據階段，提前解決產品數據上存在的、絕大多數的工藝問題。

沖壓同步工程在新車型開發中的應用

新車型數據主要包括CAS、主斷面和產品數模。沖壓需要針對沖壓件成形性、材料利用率，模具成本、結構可行性、生產穩定性和設備適用性等方面，開展同步工程分析。

CAS分析

CAS(Concept A Surface)是指汽車初步造型面，就是在造型前期效果圖出來后，先在電腦中借助三維軟件做一個初步的三維造型曲面出來，用作前期評審、造型細化，以及總布置和各種前期可行性分析。

⑴分縫和外觀R角檢查。

在前期的外CAS面上，車身分縫和外觀R角(包含特征棱線R角)會逐步確定。沖壓SE要對CAS面上的分縫和外觀R角(包含棱線R角)等進行以下檢查：

1)分縫是否合理，沖壓工藝是否能夠實現；

2)分縫是否會造成產品表面質量缺陷；

3)分縫是否會導致模具局部強度偏弱；

4)分縫是否會導致制件材料利用率偏低；如圖1所示，A點同時是發蓋和翼子板兩件材料利用率的關鍵點之一，結合兩件的成形，建議參考圖1所示調整此點位置；

圖1 翼子板與發蓋分縫影響兩件材料利用率

5)特征棱線是否會造成產品表面質量缺陷（特別是滑移線）；

6)外觀R角是否太小而無法實現，或者導致產品存在開裂風險；

7)是否存在沖壓負角；如圖2所示，翼子板三角區在Y向有3.5°負角，建議翼子板三角區負角區域改成Y向5°；

圖2 翼子板三角面Y向負角

8)轉角是否過尖而導致表面變形缺陷；

9)尖角處是否滿足沖壓模具結構強度要求。

車身的外觀R角，包括車身外覆蓋件A面輪廓的R角，以及A面內部棱線R角，既關系到車身外觀，也關系到工藝工裝的難度。尤其是貫穿車身的腰線，其R角的大小，關系到腰線的銳利程度，影響到車身整體造型風格。

清晰而銳利的腰線，能使車身充滿力量感，但要做出“銳棱”的效果，需要在CAE模擬分析，基于此，沖壓SE需要根據現有的模具工裝技術水平，給出客觀可行的外觀R角（含腰線R角）工藝建議值（圖3），并和造型部門充分溝通，以達到造型和工藝上的平衡。如圖4所示，后背門的造型平面窄，最窄只有8mm，翻邊時壓料面積小，容易竄動，進而影響A面品質，且棱線R小，滑移較大；建議圖4所示棱線R放大到R25，此處平面最小距離控制在15～20mm，加大有效壓料面積，保證A面品質。

圖3 外觀R角工藝建議

圖4 棱線R角分析

⑵第一道翻邊。

第一道翻邊，指的是CAS造型A面輪廓R角下方的型面，根據工藝的不同，可分為拉延型面的側壁，翻邊面，以及側整形面。該部分型面不屬于造型A面，對造型沒有影響，但是由于零件匹配的關系，牽涉到沖壓、車身、內外飾、電子電器等多個部門，所以對于產品數模制作的意義重大。

在CAS階段，沖壓SE要考慮外覆蓋件的成形，依據經驗分析，提出第一道翻邊角度的工藝建議值，作為產品設計的約束條件，以確保車身數據具有良好的工藝性，如圖5所示。

主截面分析

車身主截面（又稱“典型截面”）規定了白車身主要部位的結構形式、搭接關系、間隙設定、主要控制尺寸、生產工藝、人機工程、法規等各方面的信息，是車身數模設計的主要依據（圖6）。

圖5 第一道翻邊建議報告（側圍外板后部）

以某車型為例，對于后門外板的X向主截面，在門外板與下部裝飾板匹配的側壁，由于角度、深度和R角等參數的不合理，導致存在很大的拉延開裂風險。因此，沖壓SE依據經驗對這3個參數提出了修改意見（圖7）。但是CAS階段此處未得到修改。到了數據階段，此處經軟件分析確實存在嚴重開裂問題，經過對車身數據反復的調整和分析，最終側壁角度加大到25°，深度降低到20mm，R值加大到R10，才徹底解決了開裂問題（圖8）。而這些修改后的參數，和CAS階段的沖壓經驗值基本相符。

數據分析

圖6 某車型主截面定義（側視圖）

圖7 后門外板典型截面問題分析

圖8 后門外板典型截面問題數據階段所提ECR

從初版產品數據下發到數據凍結之前，沖壓SE人員對制件進行沖壓工藝性分析，從制件品質、制造成本和生產性等方面考慮，把制件制造過程中可能出現的問題反饋給產品部門，并建議修改制件結構，以達到減少制件工序，降低投資成本和制造成本的目的。同時通過CAE仿真模擬分析，向產品部門反饋制件在滿足整車強度要求下的最低材料牌號，以及制件的坯料尺寸，為成本預算和鋼材采購提供成本依據。

⑴提升制件品質。

1)加工能力。公差、外觀、精度；如產品局部凹R角為R2，由于加工刀具限制無法實現加工。

2)使用CAE軟件，分析出制件起皺、開裂、表面剛性不足、波紋、沖擊線、滑移線等產品缺陷；圖9所示為某翼子板前保區域第三序整形時，存在起皺疊料風險。在采用各種工藝手段（如調整壓邊力、調整工藝補充面、調整拉延筋系數、調整坯料尺寸等）無法解決后，建議優化產品局部修邊輪廓來解決。

圖9 翼子板成形性分析

3)定型能力（成形后的回彈，翻邊整形后的變形）。SE階段減小和控制回彈的常見措施有選擇屈服強度較小的材料，增加加強筋形狀等。基于回彈仿真模擬和現場總結取得回彈量，修改產品形狀進行回彈補償是從根本上解決回彈的重要途徑。針對翻邊整形后的變形，通常采用開工藝缺口、增加形狀筋來控制，如圖10所示。

圖10 增加工藝缺口控制起皺變形

⑵成本。

1)材料成本。制件的分割位置對材料利用率的影響很大。以某車型前輪罩側加強梁和前艙豎板本體的分割為例，改善后的方案二使得兩個件材料利用率分別提高了3.56%和7.24%，如圖11所示。

圖11 兩種分件方案的材料利用率對比

2)投資成本。減少工序、簡化形狀，減少側修、側沖，減少翻孔。對于側圍、前/后門內板等外覆蓋件，實現四序化是降低模具成本的基本要求。因此，以控制模具成本為目的，分析模具套數和工作內容，并修改影響模具套數的因素。以某車型側圍外板為例，共提出兩項ECR問題，以避免側沖孔和側翻邊斜楔機構干涉而導致增加工序，如圖12所示，a中紅圈處孔為OP40側沖孔，黃色方框位置為OP40側翻邊，兩個斜楔機構在上模干涉，無法排布；b中側圍外板小窗位置OP30需進行整形，為保證孔位精度，紅圈內孔需在OP40側沖，側沖斜楔機構與黃色側翻邊斜楔干涉，無法排布。

圖12 側圍四序化問題

⑶生產性。

1)模具強度（修邊/側修邊、翻邊/側翻邊鑲塊刀口強度，模具的磨損）。模具局部刀口強度差，容易損壞，既增加了模具維護成本，又影響了批量生產。后門內板前部限位器孔處模具刀口強度差(8.1mm厚)，因此建議調整刀口形狀以增加強度，如圖13所示。

圖13 模具刀口強度差

2)操作能力（如因制件原因必須采用雙動模具，雙動模具對壓機有特別要求，特定壓機才能滿足）。

3)成形力和生產線壓機的匹配。通過軟件分析出成形力，并與模具廠和沖壓廠生產線壓機進行對比，確保壓機噸位滿足需要，并且盡量提高壓機使用效率。以大型SUV側圍外板為例，通常需要2000t的壓機，模具廠和沖壓廠必須滿足設備需求。

結束語

通過沖壓同步工程，可以在新車型開發初期盡早發現和解決沖壓問題，減少模具開發后期出現問題而造成的項目成本提高、周期延長等，從而達到縮短新產品開發周期和降低成本的目的。

作者簡介

潘興旺，高級工程師，現任奇瑞商用車制造中心總經理兼工藝規劃總監，主研汽車材料技術、規劃技術、制造技術及產品技術方向、精益生產實踐、推進方向。

——本文節選自《鍛造與沖壓》2019年第12期。