沖壓同步工程在汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用

羅仁平王燕趙金龍

（上海通用汽車有限公司）

沖壓同步工程在汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用

羅仁平王燕趙金龍

（上海通用汽車有限公司）

針對汽車車身沖壓同步工程中常見的開裂、起皺和重力變形等產(chǎn)品缺陷，利用Autoform和Dynaform兩款軟件分析了產(chǎn)生缺陷的原因，提出了解決措施，并進行了可行性驗證。結(jié)果表明，通過沖壓同步工程，可以在產(chǎn)品開發(fā)初期及早發(fā)現(xiàn)和解決新產(chǎn)品沖壓問題，從而達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本的目的。

1 前言

為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，同步工程技術(shù)已越來越多地被國內(nèi)外汽車廠商應(yīng)用。同步工程又稱為并行工程[1]，汽車行業(yè)的同步工程主要是指在產(chǎn)品設(shè)計的同時通過CAE/CAD軟件完成產(chǎn)品的可制造性分析，從而找出產(chǎn)品在實際的生產(chǎn)制造過程中可能出現(xiàn)的問題，并且提出解決問題的方案，最終達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的目的[1～3]。

沖壓同步工程常用的有限元仿真分析軟件有Autoform、Dynaform、Pamstamp和Fastamp等。Autoform軟件由于計算速度快、結(jié)果準確，所以目前在解決產(chǎn)品沖壓開裂、起皺等問題上應(yīng)用廣泛，而Dynaform軟件可準確評估產(chǎn)品重力變形問題。本文通過實例介紹了Autoform和Dynaform兩款軟件在汽車產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用。

2 沖壓同步工程中常見產(chǎn)品缺陷和解決措施

影響汽車外覆蓋件質(zhì)量的主要因素是開裂、起皺和重力變形，為此，利用軟件Autoform和Dynaform對產(chǎn)品進行成型性分析，準確預測產(chǎn)品缺陷。

2.1 開裂

開裂是指材料受到的應(yīng)力超過了其抗拉強度或材料減薄超過其塑性極限而引起的板料失效。在利用Autoform軟件進行成型性仿真分析中，常用成型極限圖FLD來判定板料是否開裂，若主應(yīng)變和次應(yīng)變的值均位于FLD曲線上方，則代表產(chǎn)品存在開裂區(qū)域。圖1為針對某車型前蓋內(nèi)板原設(shè)計產(chǎn)品的Autoform成型性仿真分析結(jié)果。由圖1可看出，該產(chǎn)品圓圈內(nèi)所示區(qū)域的主應(yīng)變和次應(yīng)變位于FLD曲線上方，表明該區(qū)域處于塑性破裂區(qū)，即在實際生產(chǎn)時該區(qū)域存在開裂風險，需要對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計。造成該產(chǎn)品此處開裂的關(guān)鍵因素為面過渡圓角太小，為此將面過渡圓角由8 mm調(diào)整為12mm，優(yōu)化后產(chǎn)品斷面如圖2所示，優(yōu)化后產(chǎn)品的Autoform成型性分析結(jié)果如圖3所示。由圖3可看出，優(yōu)化設(shè)計后產(chǎn)品所有區(qū)域的主應(yīng)變和次應(yīng)變均位于FLD曲線下方，說明該產(chǎn)品開裂風險消除。

2.2 起皺

起皺是指產(chǎn)品局部發(fā)生皺曲（波紋），是由于板料厚度方向的尺寸與平面方向上的尺寸相差較大而造成厚度方向不穩(wěn)定，當平面方向的應(yīng)力達到一定程度時，厚度方向失穩(wěn)而導致起皺。在Autoform起皺仿真分析中，依據(jù)經(jīng)驗通常選擇在凹、凸模還差0.4 cm貼合時檢查產(chǎn)品是否存在起皺，因為凸、凹模具完全貼合時會將產(chǎn)品上起皺區(qū)域“拍平”，影響對起皺的判斷。圖4為針對某車型側(cè)圍內(nèi)板原設(shè)計產(chǎn)品的Autoform起皺仿真分析結(jié)果。從圖4可看出，圓圈所示區(qū)域存在明顯起皺（波紋）現(xiàn)象，即該區(qū)域存在起皺風險。

為解決該產(chǎn)品起皺問題，對該產(chǎn)品進行了優(yōu)化設(shè)計，即在產(chǎn)品設(shè)計中增加條狀凸起特征，以吸收成型過程中多余的板料。優(yōu)化設(shè)計后產(chǎn)品圖及其起皺仿真分析結(jié)果如圖5所示。由圖5可看出，原設(shè)計產(chǎn)品的起皺現(xiàn)象已完全消除。

2.3 重力變形

重力變形是指板材或產(chǎn)品在自身重力下發(fā)生的塑性變形。由于部分大型覆蓋件造型簡單，容易造成產(chǎn)品剛度不足，所以在大型覆蓋件的生產(chǎn)設(shè)計過程中重力變形的同步工程評估尤為重要。以某車型頂蓋為例，該頂蓋由于表面曲率半徑大且有天窗，在車頂四角先接觸工作臺后，中間部分易造成塌陷。利用Dynaform對該產(chǎn)品進行重力變形仿真分析，其應(yīng)變分析結(jié)果如圖6所示。由圖6可看出，該產(chǎn)品中間區(qū)域有較大的塑性變形，該變形將直接導致產(chǎn)品報廢。

為驗證Dynaform分析結(jié)果的真實性，設(shè)計了一套簡易模具（軟模）對模擬結(jié)果進行了驗證，實際產(chǎn)品的重力變形情況如圖7所示。由圖7可看出，由于產(chǎn)品剛度差，在自身重力的作用下發(fā)生了塑性變形，驗證了Dynaform軟件模擬結(jié)果的真實性。針對該產(chǎn)品剛性不足的情況，對產(chǎn)品進行了優(yōu)化設(shè)計，即在產(chǎn)品設(shè)計中增加加強筋以提高剛度，優(yōu)化后產(chǎn)品的Dynaform仿真分析結(jié)果如圖8所示。由圖8可看出，優(yōu)化后產(chǎn)品最大塑性應(yīng)變僅為0.12，大部分區(qū)域塑性應(yīng)變數(shù)值為0，即未發(fā)生明顯重力變形。

3 結(jié)束語

針對汽車車身沖壓同步工程中常見的開裂、起皺和重力變形等產(chǎn)品缺陷，通過Autoform和Dynaform兩款軟件分析了產(chǎn)生這些缺陷的原因，提出了解決缺陷的措施，并進行了可行性驗證。結(jié)果表明，通過沖壓同步工程，可以在產(chǎn)品開發(fā)初期及早發(fā)現(xiàn)和解決新產(chǎn)品沖壓問題，減少模具開發(fā)后期出現(xiàn)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(chǎn)品開發(fā)周期和降低成本的目的。

1黃躍東，邱曉剛.汽車頂蓋沖壓成型的CAE模擬研究.汽車技術(shù)，2011（6）：54～58.

2黃利文，江正平，楊永康，等.汽車車身沖壓模具開發(fā)同步工程中常見產(chǎn)品缺陷解析.《第七屆先進成型與材料加工技術(shù)國際研討會》論文集.2010.

3李文，劉鋼，劉旌揚.仿真技術(shù)在汽車結(jié)構(gòu)側(cè)面碰撞設(shè)計中的應(yīng)用.汽車技術(shù)，2012，438（3）:35～38.

（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年3月6日。

Application of Stamping Simultaneous Engineering in Auto Product Research and Development

Luo Renping，Wang Yan，Zhao Jinlong
（Shanghai General Motors Co.，Ltd）

To eliminate the defects of cracking，and corrugation and gravity deformation which frequently occur in the auto body stamping simultaneous engineering，we use software Autoform and Dynaform to analyze the cause of the above defects，and make feasibility verification.The results show that with the aid of stamping simultaneous engineering，we can find stamping defects of new products and solve in the early stage of development，which helps to shorten development lead time and reduce cost.

Auto panels,Stamping,Simultaneous engineering,Product development

汽車覆蓋件沖壓同步工程產(chǎn)品開發(fā)

U466

A

1000-3703（2014）07-0005-03