您的当前位置: 首页 > 锻压文献库 > 冲压模具 > 正文|
进入新世纪以来,我国的汽车行业发展迅猛。2006 年,我国汽车总产量达到720 万辆,跃至世界第三位。随着市场竞争的日益加剧,汽车产品的市场生命周期也越来越短。汽车整车模具制造周期几乎占整个产品周期的2/ 3 ,如何在保证质量,控制成本的前提下,有效缩短模具制造周期成为缩短整个产品周期的关键。同步工程(SE) 技术集成了汽车设计公司和模具制造公司各自的优势,在车身开发阶段就考虑到产品模具制造各个环节可能遇到的问题,同步的进行车身设计和模具制造的可行性分析,提高了产品的设计质量,降低产品成本,有效缩短了模具制造周期,是一种行之有效的方法。
传统的汽车车身模具开发流程基本上是串行的,如图1 所示。
图1 传统的汽车模具开发流程
它主要存在以下问题:
(1) 汽车设计公司独立开发车身,模具公司被动接受产品,二者之间相互独立,优势不能互补;
(2) 整车车身三维数模到达模具制造公司前,数模尺寸基本冻结,后期接到模具公司提出的修改后数模,由于涉及到很多产品前期相关工作,例如焊接关系,主断面图,汽车整车外形等,数型修改可能性很小,严重影响模具的制造周期;
(3) 汽车设计公司和模具制造公司之间对数型的修改方案无法有效快速的沟通,其中模具公司等待数型的修改和确认周期很长,影响公司的计划和进度;
(4) 由于数型的反复修改和确认给模具公司的工艺分析,数型的整理带来大量重复的工作,严重影响整个产品周期。
1 同步工程模型的建立
同步工程SE( simultaneous engineering) 是并行的,集成的设计产品的系统方法。它的实质是在产品的设计阶段,就充分地预测该产品在制造、装配、销售、以及回收等环节中可能出现的“问题”,对“问题”提前进行修改和优化,是一种对产品及其实现过程进行同步的,一体化设计的工作模式。
在汽车车身模具开发领域,同步工程主要体现在:汽车模具制造制造商派出具有一定汽车模具CAE 工艺分析和模具制造工程性分析经验的设计人员参与汽车前期车身设计,利用掌握的有限元分析软件(主要是AU TOFORM ,DYNAFORM ,PAM2STAMP 等) 和模具制造经验,对产品制件进行初期成型CAE 和模具工程性预分析,提早发现问题,之后在车身设计人员的共同参与下对数模进行合理优化修改,最后将优化后数模提供给模具制造公司进行进一步的CAE 工艺分析、制作和模具制造。具体的流程如图2 所示。
 图2 同步的汽车模具开发流程
2 同步工程的关键技术
在汽车车身冲压模具开发的过程中,同步工程全面采用计算机辅助技术,将产品三维数模造型、制件的工艺分析、成型过程虚拟调试,直至最终冲压模具的加工制造等各个环节紧密联系在一起,通过对各影响因素的处理集成,有效缩短了产品的生命周期,降低了整车开发成本,提高了市场的竞争力。同步工程技术的应用可以使汽车公司根据市场需求持续不断地、低成本地、及时地设计制造出新车型。整个应用过程中涉及的关键技术主要包括以下4 个方面。
2. 1 计算机辅助设计( CAD) 技术汽车车身是复杂的自由曲面的集合体,功能强大的CAD 三维造型软件( 本文主要CA TIA) 可以将设计者的思想和实物模型转化为CAD 模型。应用CAD 技术可以在计算机中完成整车制件的测量点云数据处理、三维数模的建立、数模表面的光顺处理、特征分布处理、搭接件的干涉检查、整车主断面的布置、焊点布置、整车装配以及产品图的制作等工作。它的应用加速了产品的设计和创新,增强了企业的知识积累,缩短了新车型的开发周期,提高了企业的核心竞争力。
2. 2 计算机辅助工程分析( CAE) 技术
CAD 模型的建立为车身开发提供了基础,但如何评价整车的性能和产品设计的合理性至关重要。CAE 技术利用功能强大的有限元分析仿真软件(本文主要指AU TOFORM) 可以很好的完成车身零件的工艺参数设定、工艺和模具的优化工作。应用CAE 技术可以准确的预测制件的起皱、破裂、表面质量、回弹、冲击和滑移线等缺陷;可以完整地模拟制件成型的整个过程:重力、压边、拉延、切边、整形、回弹。根据CAE 分析结果可以对制件的三维数模进行处理优化,这样减少了数据的相互传递次数,降低了产品开发成本,增强了产品的竞争力。
2. 3 虚拟制造技术( virtual technology)
虚拟制造技术主要以计算机CAD/ CAE 技术为基础,在计算机的虚拟环境下实现产品从开始的产品规划阶段到投入销售的全过程。应用虚拟制造技术可以在计算机中实现整车车身和零部件的概念设计,造型设计,工艺设计,模具设计,模具加工,模具制造的整个过程并可以实时进行相关修改。它的应用使数据管理更加条理化,工作的流程更加清晰化,数模的改动更加简洁化。同时它还可以有效的组织市场信息、技术信息、以及资源信息,促进异地分布式协同产品开发的实现,为创新产品的开发、企业之间有效的合作提供良好的运行机制和条件。
2. 4 产品的工程性分析技术
产品的工程性分析技术主要指合理的利用现有的模具设计制造“知识库”,在产品设计初期,对整车车身制件的制造工序、模具大小、模具结构、机床的选择以及冲压生产线的布置等方面进行合理化分析。模具设计制造“知识库”的建立,将现有成熟的模具制造经验和标准进行集成总结,使设计人员在模具设计最初阶段,最大限度的发现问题,并根据相应知识对问题提早进行优化处理。随着知识的不断积累,知识库的容量也在不断的膨胀,技术人员水平也会迅速的提高,这将大大缩短后期车型开发和制造的周期,促进企业的可持续性发展。
3 典型案例
某车型整车车身前期冲压模具开发过程中左/ 右后轮罩内板的同步工程产品的前期工程性评价,综合考虑零件的特点和模具工艺的需要,最终决定采用左、右两件共用一套模具。在三维造型软件中将2 个零件调整到冲压坐标系
下的产品数模如图3 所示。
 图3 产品数模
根据产品做出简要工艺补充和压料面后的数模如图4 所示。
图4 工艺补充数模
最初安排工序为五序,分别是:1 . 落料;2.拉延; 3. 修边冲孔侧冲孔; 4. 修边侧修边侧冲孔;5. 整形冲孔切开。
初始材料: DC04 , 主要参数为: 屈服强度1 760 MPa , 拉深强度3 210 MPa , 硬化指数n = 0. 217 ,各向异性指数r = 1. 94 , 产品料厚t = 0. 8 mm。
经过初期的产品分析发现: 左右两件均存在孔的布置不合理问题( 产品图A 处所指区域) 。
缺陷分析: 此孔边界距离产品边界只有3 mm左右(图5) ,由于相对的位置关系,修边、冲孔和侧冲孔工艺必须分三序进行,并且冲孔时模具强度太弱,不利于产品成型和模具铸造。
改进方法:将此孔向内侧最大偏离2 mm ,其他不变(图6) 。修改后,不但解决了模具问题,而且可以将修边冲孔2 个工序合为一序,节省了一套模具,大大降低了模具成本。
 图5 孔的最初位置 图6 修改后孔的位置
改进后的工序为: 1. 落料; 2. 拉延; 3. 修边冲孔侧冲孔;4. 修边侧修边侧冲孔整形。
工艺成型性(CAE) 辅助分析: 使用给定的DC04 材料,在基本确定坯料形状及拉延筋布置的情况下,在Autoform 中计算结果如图7 所示。
 图7 材料为DC04 的模拟结果
经过分析判断:通过调节拉延筋、压边力、冲压方向等辅助手段不能有效解决破裂问题(图3B、C 所指区域) 。由此判定:不更换材料,开裂严重,几乎无法成型;如果前期不做任何处理分析,模具公司按照最初的材料设计工艺和模具,将会产生大量困难,甚至会影响整个车身的装车时间以及最终的上市。
最后确定把材料更换为DC06 ,主要参数为:屈服强度1 500 MPa ,拉深强度3 000 MPa ,硬化指数n = 0. 23 ,各向异性指数r = 2. 2。更换新材料后模拟结果如图8 所示。
 图8 材料为DC06 的模拟结果
结果分析:虽然仍有小区域的开裂现象,但可以判定经过对型面的微小调整(5 mm 以内)可以成形,且成形性较好,有利于后序模具的制造,缩短调模的时间。最后确定数型如图9 所示。
 图9 最终确定的数模
相关的搭接件分析: 由于前期的同步工程的协调,对轮罩内部与之搭接制件的相关区域进行了少量的修改(图10) ;如果没有前期的同步工程,后期将可能导致该零件的工艺修改,模具修改甚至影响现场模具调试情况。
 图10 搭接件
4 结论
同步工程技术的应用有效减少了整车模具的开发周期,为汽车公司和模具制造公司双方节约了大量的成本,大大提高了各自公司的竞争力。但由于同步工程应用的范围和深度还远远不够,有些方面的管理还不够成熟,在以后的应用过程中,同步工程的发展方向主要表现在以下几个方面:
(1) 汽车模具制造公司设计人员大量参与汽车公司前期的车身设计工作;
(2) 汽车设计公司和模具公司之间相互合作,大大提高双方科研实力和技术水平,增强各自的竞争力;
(3) 建立同步工程( SE) 方面相关的规范、标准和相关方面的知识库;
(4) 通过摸索,不断扩大同步工程在整个汽车制造过程中的应用。
综上所述,同步工程技术应用到汽车车身冲压模具开发领域将成为汽车车身设计和汽车模具开发的必然趋势,相信通过不断的摸索和经验的积累,一定会大大缩小和国外先进汽车制造企业的差距,提高国内自主品牌的竞争力。
参考文献:
[ 1 ] 钟志华,李光耀. 薄板冲压成型过程的计算机仿真与应用[M] . 北京:北京理工大学出版社,1998.
[ 2 ] Morgan L Swink. A tutorial on implementing concurrent engineering in new product develop2ment programs [J]. Journal of Operations management, 1998, (16) :1032116.
[3 ] Yung2Chou Kao , Grier C I Lin. Development ofa collaborative CAD/ CAM system[ J ] . Roboticsand Computer2integrated Manufacturing, 1998, (14) :55268.
[ 4 ] GAO J X , Manson B M , Kyrat sis P. Implement of concurrent engineering in the supplier s to the automobile industry[J ] . Journal of material Pro2cessing Technology, 2000,107 :2012208.
[ 5 ] 李 黎. 同步工程在长安汽车开发中的运用[J ] .高科技与产业化, 2006 , (6) :68269.
[ 6 ] 李建新. 现代汽车车身开发关键技术及应用[J ] .机电产品开发与创新, 2005 ,18 (5) : 64266.
[ 7 ] 常思勤. 同步工程在汽车行业中的应用[J ] . 世界汽车, 1996 , (4) : 21222.
[ 8 ] 王小新,于昕世,刘亚东. 基于并行工程思想的模具开发与制造过程[J ] . 模具技术,2001 , (5) :10212.
|
