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多个案例详解冲压SE在汽车开发中的应用

 俊儿1966 2019-04-04



来源:模具工业

冲压SE在汽车开发中的内容及应用

汽车开发基本阶段包括对标车分析阶段、模型设计阶段、产品工程化阶段、样车制作阶段、试生产阶段、小批量生产阶段,冲压SE工作主要集中在前4个阶段,在每个阶段有不同的工作内容和分析的侧重点。

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对标车分析阶段

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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。

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模型设计阶段内容及应用

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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。

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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。

图1 发动机盖外板

发动机盖外板如图1所示,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。

图2 翼子板

翼子板如图2所示,翼子板与发动机盖分块线鹰嘴处角度尖锐,α角度小,模具强度低,建议调整分块线角度,α角度由25°加大到40°以上,提高模具的强度。

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

图3 背门表面

背门表面如图3所示,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。

以某车型侧围断面冲压工艺性分析为例

图4 侧围外板

侧围外板如图4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5 台阶原理

台阶原理如图5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,增加二级台阶后结构如图6所示,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6 侧围外板侧壁增加二级台阶

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产品工程化阶段内容及应用

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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(engineer change request)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。

02

冲压SE在产品工程化阶段的应用

以某车型后背门内板通过调整产品结构的分块改善冲压工艺性为例

(a)产品分块前设计

(b)CAE仿真分析结果

图7 后背门内板设计及CAE仿真分析结果

后背门内板分块前设计图及CAE仿真分析结果如图7所示,从图7可以看出,后背门内板为整体结构,在给定的冲压方向,拉深深度超过350mm,而且中间部位侧壁拔模角度小,导致拉深开裂严重,无法成形。

(a)产品分块后设计

(b)CAE仿真分析结果

图8 后背门内板分块后设计及CAE仿真分析结果

为解决开裂问题,对该产品进行了分块优化设计,建议将整体结构拆分成主体结构件①和3个加强件②、③和④,成形深度降低了95mm,产品分块后设计图及CAE仿真分析结果如图8所示,从图8可以看出,分块后的产品主体结构件①无开裂问题,3个加强件成形也无问题。

以某车型的发动机盖内板通过更改材料牌号来降低产品成本为例

(a)设计图

(b)材料为DC04的仿真分析结果

(c)材料为DC01的仿真分析结果

图9 发动机盖内板设计及CAE仿真分析结果

该发动机盖内板结构较为简单(见图9(a)),初始定义材料为DC04,考虑到成本因素,DC01比DC04材料价格每吨节省760元,冲压SE人员采用DC04和DC01两种材料分别进行仿真分析,通过调整压边力、坯料大小、拉深筋大小及分布等,得到的分析结果基本一致,材料为DC04的仿真分析结果如图9(b)所示,材料为DC01的仿真分析结果如图9(c)所示。采用DC01材料单个零件节省成本: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。

以某车型后保险杠安装支架根据产品功能要求、减少翻边工序为例

(a)更改前的翻边结构

(b)更改后的沉台结构

图10 后保险杠下安装支架

零件的两侧是翻边结构,如图10(a)所示,需要增加翻边工序,建议将翻边结构改为沉台结构,如图10(b)所示。翻边结构的目的是加强作用,沉台结构同样可以起到加强作用,而且还能减少1副翻边模,节省了模具开发成本。

以某车型前围板的工艺性分析为例

(a)翻边工序的冲压方向

(b)起皱解决方法

图11 前围板冲压分析

找出工艺问题并给出整改建议,设定前围板翻边工序的冲压方向为车身负Z向,两侧的翻孔是车身负Z向,而中间的翻孔是车身正Z向,翻孔方向不一致,导致零件成形工序的增加,如图11(a)所示,建议将中间翻孔改为负Z向,保证所有翻孔方向一致,可在同一工序完成翻孔。关于翻边多料导致起皱的问题,建议增开工艺缺口,并给出了详细的参考尺寸,如图11(b)所示。

以某车型翼子板前保险杠安装孔冲孔角度不一致、调整冲孔方向为例

图12 翼子板

翼子板前保险杠安装孔冲孔角度不一致,有3个不同的冲孔方向(见图12),如果在同一工序完成冲孔,其中有2个方向的冲孔角度大,冲孔易出现毛刺,凸模易折断,如果不在同一工序完成,需增加2副模具完成冲孔,增加模具开发成本,建议将3个冲孔方向调整为与车身Y向一致,使其在同一工序完成,保证冲孔精度和位置度。

以某车型行李箱盖内板法兰边位置冲孔边界距圆角根部较近导致模具零件强度差为例

图13 行李箱盖内板法兰边冲孔位置模具零件强度差

某车型行李箱盖内板原始设计如图13(a)所示,孔边界距圆角根部距离只有2.3mm,如图13(b)所示,模具零件刃口强度低,冲孔压料区域面积小,压料力不足,冲孔易出现毛刺,建议此处孔位向产品边缘方向移动,远离圆角根部,保证孔边界距圆角根部距离至少5mm以上,如图13(c)所示,提高产品质量,延长模具的使用寿命。

以某车型侧围的门槛侧壁增加防回弹筋控制回弹为例

(a)侧壁未增加防回弹筋

(b)侧壁增加防回弹凸筋

图14 侧围门槛增加防回弹筋

侧围门槛侧壁为较大的平面,无任何形状特征的凸筋或凹筋,如图14(a)所示,成形后产生的回弹不易控制,容易产生皱纹和波浪,建议侧壁增加均匀的防回弹凸筋,如图14(b)所示,增加的凸筋能有效控制回弹,避免皱纹和波浪的产生,提高产品质量,确保侧围总成的焊接精度要求。

以某车型后地板通过分块从而提高材料利用率为例

(a)分块前设计

(b)分块后设计

图15 后地板分块

后地板分块前设计如图15(a)所示,两侧的凸出部分导致材料利用率偏低,所消耗的原材料偏多,建议图15(a)中以线段位置将零件进行分块,将其拆分成主体结构件①和2个小的连接件②和③,分块后设计如图15(b)所示。零件分块后材料利用率提高了3%,材料选用DC04,料厚为0.7mm,材料价格为4.7元/kg,分块前所用原材料质量为10kg,分块后所用材料质量为9.4kg,节省材料成本:4.7元/kg×(10kg-9.4kg)=2.8元。

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。

来源:模具工业

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