冲压同步工程在新车型开发中的应用
同步工程（SE，Simultaneous Engineering）是指对产品与工艺、工装的开发，产品与质量目标同步规划，使开发者从概念开始就考虑其他子系统的接口和需求，考虑后续工艺、工装的水平和能力以及质量目标的实现要求，即开发时就考虑到整个产品生命周期内的所有因素（包括质量、成本、进度和用户要求）的一种系统方法。
工艺、工装人员从概念设计阶段就要加入到车身设计工作中，将必要的工艺约束条件提前引入进来，并对实际生产中可能发生，并影响质量、成本和周期的问题，进行识别和分析，通过和造型、产品等部门的沟通讨论，在数据阶段，提前解决产品数据上存在的、绝大多数的工艺问题。
冲压同步工程在新车型开发中的应用
新车型数据主要包括CAS、主断面和产品数模。冲压需要针对冲压件成形性、材料利用率，模具成本、结构可行性、生产稳定性和设备适用性等方面，开展同步工程分析。
CAS分析
CAS(Concept A Surface)是指汽车初步造型面，就是在造型前期效果图出来后，先在电脑中借助三维软件做一个初步的三维造型曲面出来，用作前期评审、造型细化，以及总布置和各种前期可行性分析。
⑴分缝和外观R角检查。
在前期的外CAS面上，车身分缝和外观R角(包含特征棱线R角)会逐步确定。冲压SE要对CAS面上的分缝和外观R角(包含棱线R角)等进行以下检查：
1)分缝是否合理，冲压工艺是否能够实现；
2)分缝是否会造成产品表面质量缺陷；
3)分缝是否会导致模具局部强度偏弱；
4)分缝是否会导致制件材料利用率偏低；如图1所示，A点同时是发盖和翼子板两件材料利用率的关键点之一，结合两件的成形，建议参考图1所示调整此点位置；
图1 翼子板与发盖分缝影响两件材料利用率
5)特征棱线是否会造成产品表面质量缺陷（特别是滑移线）；
6)外观R角是否太小而无法实现，或者导致产品存在开裂风险；
7)是否存在冲压负角；如图2所示，翼子板三角区在Y向有3.5°负角，建议翼子板三角区负角区域改成Y向5°；
图2 翼子板三角面Y向负角
8)转角是否过尖而导致表面变形缺陷；
9)尖角处是否满足冲压模具结构强度要求。
车身的外观R角，包括车身外覆盖件A面轮廓的R角，以及A面内部棱线R角，既关系到车身外观，也关系到工艺工装的难度。尤其是贯穿车身的腰线，其R角的大小，关系到腰线的锐利程度，影响到车身整体造型风格。
清晰而锐利的腰线，能使车身充满力量感，但要做出“锐棱”的效果，需要在CAE模拟分析，基于此，冲压SE需要根据现有的模具工装技术水平，给出客观可行的外观R角（含腰线R角）工艺建议值（图3），并和造型部门充分沟通，以达到造型和工艺上的平衡。如图4所示，后背门的造型平面窄，最窄只有8mm，翻边时压料面积小，容易窜动，进而影响A面品质，且棱线R小，滑移较大；建议图4所示棱线R放大到R25，此处平面最小距离控制在15～20mm，加大有效压料面积，保证A面品质。
图3 外观R角工艺建议
图4 棱线R角分析
⑵第一道翻边。
第一道翻边，指的是CAS造型A面轮廓R角下方的型面，根据工艺的不同，可分为拉延型面的侧壁，翻边面，以及侧整形面。该部分型面不属于造型A面，对造型没有影响，但是由于零件匹配的关系，牵涉到冲压、车身、内外饰、电子电器等多个部门，所以对于产品数模制作的意义重大。
在CAS阶段，冲压SE要考虑外覆盖件的成形，依据经验分析，提出第一道翻边角度的工艺建议值，作为产品设计的约束条件，以确保车身数据具有良好的工艺性，如图5所示。
主截面分析
车身主截面（又称“典型截面”）规定了白车身主要部位的结构形式、搭接关系、间隙设定、主要控制尺寸、生产工艺、人机工程、法规等各方面的信息，是车身数模设计的主要依据（图6）。
图5 第一道翻边建议报告（侧围外板后部）
以某车型为例，对于后门外板的X向主截面，在门外板与下部装饰板匹配的侧壁，由于角度、深度和R角等参数的不合理，导致存在很大的拉延开裂风险。因此，冲压SE依据经验对这3个参数提出了修改意见（图7）。但是CAS阶段此处未得到修改。到了数据阶段，此处经软件分析确实存在严重开裂问题，经过对车身数据反复的调整和分析，最终侧壁角度加大到25°，深度降低到20mm，R值加大到R10，才彻底解决了开裂问题（图8）。而这些修改后的参数，和CAS阶段的冲压经验值基本相符。
数据分析
图6 某车型主截面定义（侧视图）
图7 后门外板典型截面问题分析
图8 后门外板典型截面问题数据阶段所提ECR
从初版产品数据下发到数据冻结之前，冲压SE人员对制件进行冲压工艺性分析，从制件品质、制造成本和生产性等方面考虑，把制件制造过程中可能出现的问题反馈给产品部门，并建议修改制件结构，以达到减少制件工序，降低投资成本和制造成本的目的。同时通过CAE仿真模拟分析，向产品部门反馈制件在满足整车强度要求下的最低材料牌号，以及制件的坯料尺寸，为成本预算和钢材采购提供成本依据。
⑴提升制件品质。
1)加工能力。公差、外观、精度；如产品局部凹R角为R2，由于加工刀具限制无法实现加工。
2)使用CAE软件，分析出制件起皱、开裂、表面刚性不足、波纹、冲击线、滑移线等产品缺陷；图9所示为某翼子板前保区域第三序整形时，存在起皱叠料风险。在采用各种工艺手段（如调整压边力、调整工艺补充面、调整拉延筋系数、调整坯料尺寸等）无法解决后，建议优化产品局部修边轮廓来解决。
图9 翼子板成形性分析
3)定型能力（成形后的回弹，翻边整形后的变形）。SE阶段减小和控制回弹的常见措施有选择屈服强度较小的材料，增加加强筋形状等。基于回弹仿真模拟和现场总结取得回弹量，修改产品形状进行回弹补偿是从根本上解决回弹的重要途径。针对翻边整形后的变形，通常采用开工艺缺口、增加形状筋来控制，如图10所示。
图10 增加工艺缺口控制起皱变形
⑵成本。
1)材料成本。制件的分割位置对材料利用率的影响很大。以某车型前轮罩侧加强梁和前舱竖板本体的分割为例，改善后的方案二使得两个件材料利用率分别提高了3.56%和7.24%，如图11所示。
图11 两种分件方案的材料利用率对比
2)投资成本。减少工序、简化形状，减少侧修、侧冲，减少翻孔。对于侧围、前/后门内板等外覆盖件，实现四序化是降低模具成本的基本要求。因此，以控制模具成本为目的，分析模具套数和工作内容，并修改影响模具套数的因素。以某车型侧围外板为例，共提出两项ECR问题，以避免侧冲孔和侧翻边斜楔机构干涉而导致增加工序，如图12所示，a中红圈处孔为OP40侧冲孔，黄色方框位置为OP40侧翻边，两个斜楔机构在上模干涉，无法排布；b中侧围外板小窗位置OP30需进行整形，为保证孔位精度，红圈内孔需在OP40侧冲，侧冲斜楔机构与黄色侧翻边斜楔干涉，无法排布。
图12 侧围四序化问题
⑶生产性。
1)模具强度（修边/侧修边、翻边/侧翻边镶块刀口强度，模具的磨损）。模具局部刀口强度差，容易损坏，既增加了模具维护成本，又影响了批量生产。后门内板前部限位器孔处模具刀口强度差(8.1mm厚)，因此建议调整刀口形状以增加强度，如图13所示。
图13 模具刀口强度差
2)操作能力（如因制件原因必须采用双动模具，双动模具对压机有特别要求，特定压机才能满足）。
3)成形力和生产线压机的匹配。通过软件分析出成形力，并与模具厂和冲压厂生产线压机进行对比，确保压机吨位满足需要，并且尽量提高压机使用效率。以大型SUV侧围外板为例，通常需要2000t的压机，模具厂和冲压厂必须满足设备需求。
结束语
通过冲压同步工程，可以在新车型开发初期尽早发现和解决冲压问题，减少模具开发后期出现问题而造成的项目成本提高、周期延长等，从而达到缩短新产品开发周期和降低成本的目的。
作者简介
潘兴旺，高级工程师，现任奇瑞商用车制造中心总经理兼工艺规划总监，主研汽车材料技术、规划技术、制造技术及产品技术方向、精益生产实践、推进方向。
——本文节选自《锻造与冲压》2019年第12期。
