技術(shù)標準化在沖壓行業(yè)中的建立及應用

文/王勇·上海賽科利汽車模具技術(shù)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(guī)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(shù)知識傳遞的不連續(xù)性。通過建立和完善技術(shù)標準，對已經(jīng)完成的零件造型、沖壓工藝、回彈、模具結(jié)構(gòu)設計匯總數(shù)據(jù)、總結(jié)經(jīng)驗教訓，完成相應零件的工藝標準以及模具設計標準規(guī)范。

隨著汽車市場競爭的日益加劇，業(yè)內(nèi)已經(jīng)越來越認識到新車型的更新速度、新車型的開發(fā)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、成本的重要性。新產(chǎn)品的研發(fā)周期越短，上市越早，越能掌握市場的主動性。而在汽車研發(fā)過程中，汽車車身覆蓋件模具設計與制造是整個生產(chǎn)鏈中最關鍵的部分之一，也是占用汽車開發(fā)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(fā)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(fā)周期、降低模具研發(fā)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(fā)的第一個核心環(huán)節(jié)，如果同一零件如車身覆蓋件門內(nèi)板、前后蓋內(nèi)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(jīng)完成的覆蓋件成形工藝和造型進行分析、歸納、總結(jié)，規(guī)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(shù)標準和規(guī)范，并將這些技術(shù)規(guī)范應用在新項目的研發(fā)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(wěn)定性，類似零件沖壓工藝和造型需要進行規(guī)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(fā)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(chǎn)品成形質(zhì)量(起皺、開裂)的前提下，以先進的CAE 分析模擬技術(shù)為指導，以盡可能合理的工藝補充造型獲得高合格率的產(chǎn)品。合理的工藝補充造型難點在于，同一類型產(chǎn)品形狀千差萬別，對于各種產(chǎn)品形狀，工藝科通過研究大量的參考資料以及已經(jīng)完成的項目，總結(jié)出典型零件的拉延深度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)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(nèi)容，該標準和規(guī)范在后續(xù)項目的模具工藝設計中得到有效的應用。門內(nèi)板沖壓工藝如圖1 所示。

圖1 門內(nèi)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?jīng)_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(chǎn)品尺寸精度的要求越來越高，通?？蛻粢?0%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(nèi)，因此如何精確地預測和補償回彈是模具研發(fā)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(shù)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(shù)據(jù)統(tǒng)計以及循序漸進的數(shù)據(jù)修正，并結(jié)合有限元分析來摸索回彈補償?shù)耐緩?。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(guī)律可循的。通過多年的項目經(jīng)驗積累和數(shù)據(jù)搜集，企業(yè)建立了覆蓋件零件的回彈知識庫，并根據(jù)零件形狀建立回彈補償方法。這種方式可以縮短模具調(diào)試的周期，節(jié)約模具開發(fā)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(shù)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(nèi)板為例，對比相似項目的后門內(nèi)板的整改記錄，某項目后門內(nèi)板，首次質(zhì)量提升前零件合格率在65%左右，模具交付前，歷經(jīng)了10 輪質(zhì)量提升，機加工工時共660小時，調(diào)試研配工時600 小時。而新項目的后門內(nèi)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(zhì)量提升，耗時300 小時，調(diào)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(chǎn)習慣規(guī)范

通常模具企業(yè)會面對很多不同的客戶，這些客戶的壓力機生產(chǎn)線不同、自動化生產(chǎn)的方式也不同，另外每個客戶都有自己的生產(chǎn)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(yè)工程師需要熟悉客戶的壓力機類型、自動化生產(chǎn)方式以及客戶的個性需求，模具企業(yè)需要建立客戶壓力機及生產(chǎn)習慣規(guī)范，根據(jù)這個習慣規(guī)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(guī)范，了解各類客戶對模具零件的生產(chǎn)要求，讓工藝分析人員熟悉不同客戶的標準和規(guī)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(zhì)量和效率得到大幅提高。部分客戶生產(chǎn)習慣規(guī)范示意圖如圖2所示。

圖2 部分客戶的生產(chǎn)習慣規(guī)范

精細造型標準化

精細化造型技術(shù)通過拉延筋系數(shù)、模具的不同間隙控制等，實現(xiàn)調(diào)試與CAE 分析的一致性。精細化造型技術(shù)在變薄補償技術(shù)、局部強壓技術(shù)上獲得突破，在大幅提高調(diào)試效率的同時保證了回彈的可控性。變間隙補償技術(shù)分為變薄補償技術(shù)和局部強壓技術(shù)。變薄補償技術(shù)，根據(jù)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(chǎn)品面的尺寸精度，減小零件回彈量。經(jīng)過對多類多件覆蓋件不斷嘗試、試驗，總結(jié)出一套多類覆蓋件零件變薄補償技術(shù)，并形成多種覆蓋件變薄補償標準規(guī)范。

局部強壓技術(shù)是根據(jù)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(nèi)覆蓋件部分重要型面采用局部強壓，發(fā)現(xiàn)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(shù)標準規(guī)范。通過采用這套標準規(guī)范，一方面減少了調(diào)試人員工作量，另一方面提高了零件尺寸穩(wěn)定性及尺寸精度。部分精細化造型規(guī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，設計效率低下，并且容易出現(xiàn)錯誤。我們首先創(chuàng)建了門外板拉延結(jié)構(gòu)模板，通過這個模板進行設計，就做到了結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，提升了模具圖紙質(zhì)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(fā)方面，通過對模具結(jié)構(gòu)經(jīng)驗總結(jié)進行UG 二次開發(fā)，不但提高工作效率，同時實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)標準化。門外板拉延結(jié)構(gòu)模板以及部分標準件庫如圖4 所示。

圖4 門外板拉延結(jié)構(gòu)模板以及部分標準件庫

結(jié)束語

模具企業(yè)需要將沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)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(fā)過程中，可以提高效率及質(zhì)量，也在一定程度上降低了人員流失對模具研發(fā)工作帶來的影響。要把“讓標準規(guī)范成為習慣，讓習慣符合標準規(guī)范”落到實處，并把標準化工作持續(xù)進行下去。