Forming Suite在車身同步工程中的應(yīng)用

張?bào)K，李旭東

Forming Suite在車身同步工程中的應(yīng)用

張?bào)K，李旭東

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

建立車身同步工程可以有效地提高產(chǎn)品的可制造性（DFM）、降低產(chǎn)品成本，達(dá)到提質(zhì)增效、提高收益的目的。文章從設(shè)計(jì)可制造性、成本優(yōu)化兩個(gè)方面，通過實(shí)例介紹Forming Suite在車身同步工程中的應(yīng)用，得出基于Forming Suite的車身同步工程不需要專業(yè)工藝分析團(tuán)隊(duì)，且具有更高同步性的特點(diǎn)的結(jié)論。

同步工程；材料利用率；Forming Suite

前言

汽車市場競爭日益激烈，降低成本提高競爭力一直是主機(jī)廠非常關(guān)注的內(nèi)容。因此，越來越多的主機(jī)廠采用同步工程的方法。車身同步工程主要包括兩個(gè)方面：首先，通過對可制造性的優(yōu)化，解決生產(chǎn)問題，降低開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期；其次，通過設(shè)計(jì)與工藝的交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)層面成本優(yōu)化[1]。即車身同步工程是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝相“融合”，達(dá)到降低成本的目的。

目前車身同步工程分析軟件主要有：Autoform、Dyna- form[2]。前者計(jì)算速度快，結(jié)果準(zhǔn)確，因此被廣泛應(yīng)用[3]。Dynaform易用性一般，計(jì)算速度較慢，但結(jié)果更精準(zhǔn)[4]，靈活性更高，因此常被用于Autoform分析結(jié)果的驗(yàn)證。以上兩款分析軟件功能齊全，但他們在車身同步工程的應(yīng)用中有一個(gè)共同的特點(diǎn)：專業(yè)性要求高，必須建立與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對相獨(dú)立的分析團(tuán)隊(duì)，雖然分析準(zhǔn)確性較高，但分析效率較低，同時(shí)也很難在設(shè)計(jì)層面實(shí)現(xiàn)深度的成本優(yōu)化。

對此，我司引進(jìn)一款操作簡單、運(yùn)算快且結(jié)果較可靠的軟件——Forming Suite。通過簡單培訓(xùn)，車身工程師即可進(jìn)行基本操作，相比傳統(tǒng)的車身同步工程，不僅簡化了流程（如圖1），同時(shí)也縮短了開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝相“融合”。本文通過實(shí)例介紹Forming Suite在車身同步工程中的應(yīng)用。

1 Forming Suite在同步工程中的應(yīng)用

1.1 設(shè)計(jì)可制造性

沖壓設(shè)計(jì)可制造性主要指成型性，在設(shè)計(jì)階段解決成型問題，可減少ECR。Forming Suite可提供與Autoform類似的厚度應(yīng)變圖、安全區(qū)域圖等，用于分析、解決成型問題。

圖1 與傳統(tǒng)車身同步工程對比[5]

圖2為某車型支架通過Forming Suite分析的結(jié)果，該支架材質(zhì)為DC01，由圖中可看出，標(biāo)注部位厚度應(yīng)變最大減薄率為25.7%，超出極限值，同時(shí)在安全區(qū)域圖中對應(yīng)位置為紫色區(qū)域，因此判定產(chǎn)品開裂，需進(jìn)行優(yōu)化。

圖2 優(yōu)化前的分析結(jié)果

通常通過分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可解決此類問題，如圖3所示，造成此處開裂的主要原因?yàn)椋寒a(chǎn)品局部過深，且板料無法從外部流入，因此產(chǎn)生開裂。針對此問題，對產(chǎn)品兩個(gè)位置進(jìn)行優(yōu)化：（1）在產(chǎn)品頂部增加平面，以減小局部的拉延深度；（2）在更改產(chǎn)品內(nèi)部型面拔模角，縮短截面長度，進(jìn)而減少板材拉伸，解決開裂問題。優(yōu)化后成型分析結(jié)果如圖3，產(chǎn)品最大減薄率為19.1%，小于極限值，安全區(qū)域圖中開裂風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域基本消失，可以認(rèn)為開裂風(fēng)險(xiǎn)消除。

圖3 優(yōu)化方案及仿真分析結(jié)果

1.2 成本優(yōu)化

國內(nèi)多數(shù)主機(jī)廠的車身同步工程主要偏向設(shè)計(jì)可制造性的優(yōu)化。而成本優(yōu)化主要依靠開發(fā)階段的工藝改進(jìn)，如調(diào)整工藝補(bǔ)充、排樣等手段，此階段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本固化，工藝改進(jìn)局限性很大。因此，在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)層面成本優(yōu)化就顯得尤為重要。以下通過案例介紹Forming Suite在材質(zhì)優(yōu)化及材料利用率優(yōu)化方面的應(yīng)用：

1.2.1材質(zhì)優(yōu)化

通常材質(zhì)選擇會(huì)參考以往車型，但由于車型配置、布置以及工藝等條件的變化，零件形狀可能有較大的變化，此時(shí)需要結(jié)合零件成型性[6]，才能找到最適合的材質(zhì)。

圖4零件圖為后地板備胎盆，如借鑒以往車型，則材料將定義為DC06。但通過Forming Suite分析（如圖4分析結(jié)果），DC04無明顯開裂問題，即成型性滿足要求。因此，該零件材質(zhì)可定義為DC04，與DC06相比單車可節(jié)約成本2.74元。

圖4 單件優(yōu)化方案

1.2.2材料利用率優(yōu)化

材料利用率優(yōu)化的核心是優(yōu)化利用率決定點(diǎn)。通過Forming Suite可以得到多種排樣，在最優(yōu)的排樣基礎(chǔ)上，通過修訂減小板料尺寸（長/寬或卷寬/步距），可對零件利用率決定點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制修改，通?？烧页鰞?yōu)化方案，提高材料利用率。

圖5為發(fā)艙某支架零件圖及Forming Suite計(jì)算排樣圖，優(yōu)化前材料利用率為68.90%。修訂步距后，如圖5優(yōu)化后所示，材料利用率提升至71.22%，提升約2.3%。

圖5 間接優(yōu)化方案

1.2.3材料利用率綜合優(yōu)化

優(yōu)化材料利用率也可以從對手零件上找出優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)提升。

圖6為發(fā)艙某加強(qiáng)件的搭接情況及Forming Suite計(jì)算的排樣圖。圖中可以看出，該零件的利用率決定點(diǎn)為焊接邊，因此僅從零件本身考慮無法進(jìn)行優(yōu)化。但是從零件配合的角度出發(fā)，若在對手零件上增加凸臺，則可以縮短該零件的焊接邊，從而提高材料利用率。此方案材料利用率提升約1%。

圖6 間接優(yōu)化方案

2 特點(diǎn)及優(yōu)勢

基于Forming Suite的車身同步工程主要有以下特點(diǎn)及優(yōu)勢：

（1）在產(chǎn)品可制造性（DFM）方面，秉承“誰設(shè)計(jì)，誰分析”的原則，同步性高，車身工程師不僅能夠在設(shè)計(jì)過程中完成產(chǎn)品優(yōu)化，同時(shí)還能夠在優(yōu)化過程中不斷積累工藝知識、提升工藝水平，進(jìn)而提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度，有效降低ECR數(shù)量；

（2）材料利用率提升方面，能夠從設(shè)計(jì)層面提升材料利用率，為實(shí)現(xiàn)更高的材料利用率提升奠定基礎(chǔ)；

（3）投入方面，車身工程師獨(dú)立完成分析工作，無須額外的人員投入，降低創(chuàng)建車身同步工程的成本。

3 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的車身同步工程相比，基于Forming Suite的車身同步工程設(shè)計(jì)與工藝結(jié)合更緊密，帶來了更高的同步性。不僅可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也促進(jìn)了工程師設(shè)計(jì)能力的提升，這對于企業(yè)來說是一筆巨大的隱形財(cái)富?？偟膩碚f，基于Forming Suite的車身同步工程是值得探索和應(yīng)用。

[1] 張?jiān)粕?徐偉.汽車車身冷沖壓產(chǎn)品同步工程[J].汽車工藝與材料, 2007(6):35-43.

[2] 羅仁平,王燕,趙金龍.沖壓同步工程在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中的應(yīng)用[J].汽車技術(shù),2014(7):5-7.

[3] 張正法,祁文軍,盧大平.Dynaform與Autoform在汽車模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].汽車零部件,2009(03):71-73.

[4] 牛超,陳新平,崔振祥.基于Autoform和Dynaform軟件的超高強(qiáng)鋼零件仿真對比[J].精密成形工程,2017(06):53-56.

[5] 樊振林,喬曉勇,陽學(xué).NX項(xiàng)目沖壓同步工程降成本控制研究[J].裝備制造技術(shù),2014(5):190-196.

[6] 王鏑,陳虹.同步工程在車身前期開發(fā)中的應(yīng)用研究[J].上海汽車, 2017(02):47-52.

The Application of Forming Suite in Simultaneous Engineering

ZHANG Ji, LI Xudong

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

The establishment of Simultaneous engineering can effectively improve product manufacturability, reduce produce cost, achieve the purpose of improving quality and efficiency, and increase revenue.This paper introduces the application of Forming Suite with cases from DFM(Design for manufacturability) and cost optimization.Simultaneous engineering base on Forming Suite to conclude that,the application of Forming Suite does not require a specialist process team and has a higher synchronization feature.

Simultaneous engineering; Material utilization rate; Forming Suite

B

1671-7988(2021)22-152-03

U466

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1671-7988(2021)22-152-03

CLC NO.: U466

張?bào)K，男，本科，工程師，就職于華晨汽車工程研究院，主要從事地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及白車身同步工程建設(shè)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.039