汽車上有60%～70%的零件是用沖壓工藝生產(chǎn)出來的，汽車沖壓模具的開發(fā)是新車型生產(chǎn)準(zhǔn)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(guān)系著新車型能否順利按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)SOP的關(guān)鍵。同步工程（Simultaneous Engineering）技術(shù)集成了汽車公司和模具公司各自的優(yōu)勢(shì)，在車身開發(fā)階段就考慮到產(chǎn)品模具制造各個(gè)環(huán)節(jié)可能遇到的問題，同步進(jìn)行車身設(shè)計(jì)和模具制造的可行性分析，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，有效縮短模具制造周期。

同步工程是指在汽車設(shè)計(jì)階段進(jìn)行工程化可行性分析，在設(shè)計(jì)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(chǎn)品設(shè)變、工藝優(yōu)化等技術(shù)手段解決制造隱患，避免后期制造的風(fēng)險(xiǎn)。在國外，同步工程又可稱為基于可制造性的設(shè)計(jì)—DFM(Design For Manufacturability）。當(dāng)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(yīng)新的全球競爭的要求。沖壓SE在汽車開發(fā)中的應(yīng)用對(duì)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(chǎn)品質(zhì)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(duì)汽車開發(fā)制造流程進(jìn)行了優(yōu)化。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多原來需要通過制造驗(yàn)證的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及工藝，都可以通過CAE技術(shù)在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行驗(yàn)證，CAE技術(shù)的不斷成熟和完善使同步工程能夠得到廣泛的應(yīng)用。現(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(jīng)成為各主機(jī)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(yīng)用

沖壓同步工程將沖壓工藝與計(jì)算機(jī)輔助工程相結(jié)合，對(duì)沖壓零件進(jìn)行工程可行性分析，并且將產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)子過程之間互相配合，盡可能同步進(jìn)行。汽車開發(fā)經(jīng)過對(duì)標(biāo)車分析階段和模型設(shè)計(jì)階段后是產(chǎn)品工程化階段，也是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)的關(guān)鍵，該階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)決定整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)速度及產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓SE人員協(xié)同模具制造商從產(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(jì)算產(chǎn)品材料利用率，借助計(jì)算機(jī)輔助工程對(duì)產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行沖壓工藝性分析，提出ECR工程更改申請(qǐng)書，提供數(shù)模整改建議和參考數(shù)模。其主要工作內(nèi)容是確定工程數(shù)模實(shí)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(chǎn)生的位置及改善方案，對(duì)材料變薄率、剛性、強(qiáng)度、扣合性進(jìn)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(yīng)用同步工程的車身工程和模具開發(fā)流程的對(duì)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(yīng)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(yīng)用。第一步，確定材料及成形參數(shù)：材質(zhì)為H220B+Z，料厚為0.65mm；按BQB403-2009標(biāo)準(zhǔn)，查出材料抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、n值、r值；確定摩擦系數(shù)等。第二步，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)按成形力中心與壓力機(jī)中心重合原則放入，設(shè)置沖壓方向和拉延壓料面，按產(chǎn)品成形深度確定行程，生成補(bǔ)充面，如圖2所示。第三步，成形過程模擬：按照沖壓的實(shí)際成形過程進(jìn)行模擬成形，如圖3所示。第四步，分別進(jìn)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(shí)零件有兩處側(cè)壁有黃色，如圖4所示，從軟件分析過程看，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)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(diào)試有開裂現(xiàn)象，可適當(dāng)放大凹模刃口R角，由目前設(shè)計(jì)的R20最大可放大到R30，可以消除黃色開裂風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 生成補(bǔ)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(cè)兩處變薄極限略高于20%，其余都控制在4%～20%的范圍內(nèi)，如圖5所示，此兩處可適當(dāng)調(diào)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(chǎn)品外觀質(zhì)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(jìn)料量等，對(duì)后續(xù)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具調(diào)試都有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

在車身沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(jìn)料量。

根據(jù)Dynaform精算結(jié)果，確定拉延筋尺寸，對(duì)拉延模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有明顯指導(dǎo)作用，可直接設(shè)計(jì)出整體鑄造筋的結(jié)構(gòu)，避免因修改反復(fù)設(shè)計(jì)鑲嵌式結(jié)構(gòu)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(jìn)料量，如圖9所示，對(duì)后續(xù)模具調(diào)試提供指導(dǎo)。

圖8 拉延模具拉延筋尺寸設(shè)計(jì)明細(xì)

圖9 拉延結(jié)束后料邊與真實(shí)筋邊緣最小距離信息（Dynaform精算）

⑵對(duì)沖壓件各工序的回彈量進(jìn)行模擬分析。

根據(jù)Dynaform精算結(jié)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(shè)計(jì)時(shí)，可以參照回彈分析結(jié)果，將中下部一段型面做出1.2mm回彈量，使產(chǎn)品的尺寸合格率得到提升。尤其在OP40和OP50翻邊和側(cè)翻邊工序中，由于產(chǎn)品翻邊高度較大，翻邊后回彈明顯，也可以參照分析結(jié)果，給出翻邊補(bǔ)償量，可減少后期調(diào)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(jié)果）

圖11 OP20（支撐結(jié)果）

圖12 OP40（支撐結(jié)果）

圖13 OP50（支撐結(jié)果）

在車身沖壓模具制造中的應(yīng)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(jī)廠的工程開發(fā)。模具廠內(nèi)部又有不同的分工：汽車零件工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具制造工藝制訂、模型制造、模具零件加工制造、標(biāo)準(zhǔn)件采購、模具組裝等。模具廠通過“項(xiàng)目計(jì)劃表”和“模具制造進(jìn)度表”等實(shí)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(jìn)度。模具廠組裝鉗工在整個(gè)模具制造過程中發(fā)揮設(shè)計(jì)參與、進(jìn)度跟蹤、工藝指導(dǎo)和質(zhì)量把關(guān)的關(guān)鍵作用，確保模具按時(shí)完成。主機(jī)廠安排相關(guān)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(yàn)證投產(chǎn)中的應(yīng)用

模具的驗(yàn)證投產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想到實(shí)際出件的重要節(jié)點(diǎn)，汽車零件能不能保質(zhì)保量按時(shí)提供，關(guān)系著產(chǎn)品開發(fā)能否按期投放市場。主機(jī)廠人員需及時(shí)發(fā)現(xiàn)模具在模具廠試模時(shí)出現(xiàn)的問題，并及時(shí)在模具廠進(jìn)行處理。在模具發(fā)運(yùn)到主機(jī)廠前，主機(jī)廠應(yīng)用3D-Simulation虛擬仿真技術(shù)，將設(shè)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(shè)計(jì)檢查、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡編輯、干涉曲線優(yōu)化、端拾器設(shè)計(jì)、零件受力分析等，提前做好模具驗(yàn)收的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，同步做好模具存放及維修場地、驗(yàn)證材料、端拾器、自動(dòng)化機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡模擬、產(chǎn)品零件料架等準(zhǔn)備工作。模具調(diào)試驗(yàn)收過程中，除了常規(guī)的模具靜態(tài)檢查、動(dòng)態(tài)檢查、沖壓件尺寸精度和表面質(zhì)量評(píng)估外，還有試模材料的測試確認(rèn)。試模后采用超聲波測厚儀檢測沖壓件各部位的實(shí)際厚度減薄率，通過了解各部位可能發(fā)生開裂的程度，進(jìn)一步評(píng)估沖壓件生產(chǎn)時(shí)的合格率，確保生產(chǎn)穩(wěn)定。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，主機(jī)廠許多原來需要通過制造驗(yàn)證的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及工藝，都可以通過CAE技術(shù)在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行驗(yàn)證，近幾年CAE技術(shù)的不斷成熟和完善，使同步工程能夠得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)企業(yè)通過長期的經(jīng)驗(yàn)積累，建立企業(yè)“數(shù)字化樣車”知識(shí)庫，把沖壓同步工程與車身設(shè)計(jì)的其他領(lǐng)域的CAE技術(shù)結(jié)合，為整車開發(fā)提供更全面的支持。通過“虛擬制造”等技術(shù)把后續(xù)模具開發(fā)、制造以及模具驗(yàn)證投產(chǎn)等過程更緊密地與車身開發(fā)聯(lián)系起來，達(dá)到企業(yè)在新車型開發(fā)過程中降低風(fēng)險(xiǎn)、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。