技術標準化在沖壓行業中的建立及應用

文/王勇·上海賽科利汽車模具技術應用有限公司

不同車型同一種零件特征都具有一定的相似性，建立零件沖壓工藝以及模具設計標準規范，可以提高工作效率，減少工藝錯誤，并且可以避免由于人員的不斷變動，導致技術知識傳遞的不連續性。通過建立和完善技術標準，對已經完成的零件造型、沖壓工藝、回彈、模具結構設計匯總數據、總結經驗教訓，完成相應零件的工藝標準以及模具設計標準規范。

隨著汽車市場競爭的日益加劇，業內已經越來越認識到新車型的更新速度、新車型的開發能力、產品質量、成本的重要性。新產品的研發周期越短，上市越早，越能掌握市場的主動性。而在汽車研發過程中，汽車車身覆蓋件模具設計與制造是整個生產鏈中最關鍵的部分之一，也是占用汽車開發周期較長的部分。因此，縮短汽車車身覆蓋件模具設計與制造周期對于提高汽車的開發和設計意義重大。汽車車身覆蓋件沖壓工藝及模具設計標準化是縮短模具研發周期、降低模具研發成本的重要途徑。

沖壓工藝標準化

沖壓工藝排布是模具開發的第一個核心環節，如果同一零件如車身覆蓋件門內板、前后蓋內板等采用不同的工藝排布和造型，材料流動方式不同，造成零件回彈會有很大的差異，因此需要對已經完成的覆蓋件成形工藝和造型進行分析、歸納、總結，規范典型的覆蓋件的工藝排布和造型方式，建立工藝知識庫并形成工藝技術標準和規范，并將這些技術規范應用在新項目的研發上。

另外，沖壓工藝設計和造型設計對回彈有重要影響，同時沖壓工藝設計的合理性也決定著后期尺寸整改的成本，如果設計不合理將導致大量的返修燒焊和加工。為保證相似零件回彈的相似性或可控性、穩定性，類似零件沖壓工藝和造型需要進行規范化和標準化，否則不同設計者對于同一個零件會有不同的設計方案，導致零件的回彈發生較大的波動和變化。因此充分研究了覆蓋件的各種不同工藝補充方式，在保證產品成形質量(起皺、開裂)的前提下，以先進的CAE 分析模擬技術為指導，以盡可能合理的工藝補充造型獲得高合格率的產品。合理的工藝補充造型難點在于，同一類型產品形狀千差萬別，對于各種產品形狀，工藝科通過研究大量的參考資料以及已經完成的項目，總結出典型零件的拉延深度數據的數據庫，并建立工藝補充造型標準。同時針對類似零件的沖壓工藝排布也盡量相同，不隨便更改工序的內容，該標準和規范在后續項目的模具工藝設計中得到有效的應用。門內板沖壓工藝如圖1 所示。

圖1 門內板沖壓工藝

回彈補償標準化

回彈是板料沖壓成形過程中一種常見但很難解決的問題，回彈直接影響到沖壓件的尺寸精度。在汽車車身覆蓋件沖壓模具制造中，回彈是最為棘手的難題，并且客戶對產品尺寸精度的要求越來越高，通常客戶要求90%的零件合格率，關鍵匹配尺寸要求100%合格率并且一致性在0.5mm 之內，因此如何精確地預測和補償回彈是模具研發比較重要的問題。

雖然有限元分析軟件可以預測零件的回彈，但是目前的有限元算法以及板料的材料模型并不能完全準確地判斷零件回彈的數值，甚至不能準確判斷復雜零件的回彈方向，我公司通過以往項目的數據統計以及循序漸進的數據修正，并結合有限元分析來摸索回彈補償的途徑。雖然同一類零件形狀各異，但萬變不離其宗，回彈還是有一定的規律可循的。通過多年的項目經驗積累和數據搜集，企業建立了覆蓋件零件的回彈知識庫，并根據零件形狀建立回彈補償方法。這種方式可以縮短模具調試的周期，節約模具開發的成本。

通過對回彈補償標準化實施效果進行分析和評估，回彈及補償技術在提升外覆蓋件合格率、減少整改工時、縮短項目周期方面效果突出。以門內板為例，對比相似項目的后門內板的整改記錄，某項目后門內板，首次質量提升前零件合格率在65%左右，模具交付前，歷經了10 輪質量提升，機加工工時共660小時，調試研配工時600 小時。而新項目的后門內板在采用上述補償方式后，首輪合格率達到85%，僅通過3 輪質量提升，耗時300 小時，調試研配工時300 小時，合格率就達到90%以上，滿足客戶模具交付標準。

客戶壓力機及生產習慣規范

通常模具企業會面對很多不同的客戶，這些客戶的壓力機生產線不同、自動化生產的方式也不同，另外每個客戶都有自己的生產習慣，對沖壓工藝以及工藝造型的要求也不同。為了提高工作效率，模具企業工程師需要熟悉客戶的壓力機類型、自動化生產方式以及客戶的個性需求，模具企業需要建立客戶壓力機及生產習慣規范，根據這個習慣規范做出客戶所需要的沖壓工藝。在新項目實施中，參照這個習慣規范，了解各類客戶對模具零件的生產要求，讓工藝分析人員熟悉不同客戶的標準和規范，充分利用我們所掌握的客戶習慣，沖壓工藝和CAE 分析的質量和效率得到大幅提高。部分客戶生產習慣規范示意圖如圖2所示。

圖2 部分客戶的生產習慣規范

精細造型標準化

精細化造型技術通過拉延筋系數、模具的不同間隙控制等，實現調試與CAE 分析的一致性。精細化造型技術在變薄補償技術、局部強壓技術上獲得突破，在大幅提高調試效率的同時保證了回彈的可控性。變間隙補償技術分為變薄補償技術和局部強壓技術。變薄補償技術，根據金屬成形原理，零件成形過程中會變薄，在重要部位必須對其予以補償，滿足上、下模的間隙，保證產品面的尺寸精度，減小零件回彈量。經過對多類多件覆蓋件不斷嘗試、試驗，總結出一套多類覆蓋件零件變薄補償技術，并形成多種覆蓋件變薄補償標準規范。

局部強壓技術是根據彈塑性變形原理，強壓能夠增強材料的塑性變形，改善型面的平整度，減小殘余應力。通過對內覆蓋件部分重要型面采用局部強壓，發現零件回彈量明顯減小，提高了零件尺寸精度，逐步形成了對各類覆蓋件強壓技術標準規范。通過采用這套標準規范，一方面減少了調試人員工作量，另一方面提高了零件尺寸穩定性及尺寸精度。部分精細化造型規范示意圖如圖3 所示。

圖3 部分精細化造型

模具設計模板化

模具結構設計在未形成標準化之前，設計人員無相關的模板可供參考，造成同一類零件結構不統一，設計效率低下，并且容易出現錯誤。我們首先創建了門外板拉延結構模板，通過這個模板進行設計，就做到了結構統一，提升了模具圖紙質量，提高了工作效率。在標準件庫方面，完善補充了標準件庫，進一步梳理和完善標準件庫的坐標系、加減體、引用集，使其更方便設計操作，提高工作效率。另外在二次開發方面，通過對模具結構經驗總結進行UG 二次開發，不但提高工作效率，同時實現了結構標準化。門外板拉延結構模板以及部分標準件庫如圖4 所示。

圖4 門外板拉延結構模板以及部分標準件庫

結束語

模具企業需要將沖壓工藝及模具結構設計進行深入的標準化及模板化，并且投入到新項目的研發過程中，可以提高效率及質量，也在一定程度上降低了人員流失對模具研發工作帶來的影響。要把“讓標準規范成為習慣，讓習慣符合標準規范”落到實處，并把標準化工作持續進行下去。