平臺化后大梁共用模具研究

文/韓海博，劉娟娟，伍世濤，何厚峰·上汽通用五菱汽車股份有限公司

本文通過研究平臺化某CAR 車型和SUV 車型后大梁產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過分析兩種車型后大梁CAE成形性與回彈狀態(tài)，結(jié)合現(xiàn)場實際驗證結(jié)果，研究了沖壓工藝路線、回彈補償策略、模具共用情況,找到了一個實現(xiàn)共模的方法。結(jié)果表明：平臺化后大梁可以實現(xiàn)共用模具，不僅降低了模具開發(fā)成本及零件生產(chǎn)成本，還提高了生產(chǎn)效率，為平臺化共用模具開發(fā)提供了參考。

近年汽車市場已進入白熱化競爭時代，汽車制造成本也逐年增高，平臺化零件生產(chǎn)與零件模具共用成為了縮短新車型研發(fā)周期、控制整車開發(fā)成本和高質(zhì)量交付產(chǎn)品的重要手段。而大梁作為汽車整體框架中重要的支撐零部件，是整車開發(fā)成本與周期中十分關(guān)鍵的一環(huán)。為了更深入降低整車開發(fā)成本，現(xiàn)以平臺化某CAR 車型和SUV 車型后大梁為例，通過分析兩種車型后大梁CAE 成形性與回彈狀態(tài)，結(jié)合現(xiàn)場實際驗證結(jié)果，研究了沖壓工藝路線、回彈補償策略、模具共用情況，找到了一個實現(xiàn)共模的方法。

案例產(chǎn)品介紹

某CAR 車型與SUV 車型為同平臺車型，兩種車型后大梁產(chǎn)品信息見表1。CAR 車型與SUV 車型后大梁材質(zhì)與料厚相同，材質(zhì)為B280VK-FB-D，料厚為1.6mm；CAR 車型后大梁的外形尺寸為1338mm×271mm×171mm，重量為4.46kg，SUV 車型后大梁的外形尺寸為1228mm×271mm×171mm，重量為4.17kg，SUV 車型后大梁外觀尺寸比CAR 車型后大梁外觀尺寸在長度上短110mm，在重量上輕0.29kg，其他外形特征基本一致。

表1 產(chǎn)品信息表

產(chǎn)品工藝規(guī)劃及分析

工藝路線與參數(shù)規(guī)劃

通過對某CAR 車型與SUV 車型后大梁產(chǎn)品數(shù)據(jù)的分析，除長度上有所差異，其他外形特征基本一致，因此兩種車型后大梁工藝方案也可一致。工藝路線可分為七個工序，具體工藝路線規(guī)劃如圖1 所示，OP10 工序為拉延，OP20 工序為切邊+沖孔，OP30 工序為翻邊+整形，OP40 工序為側(cè)整形，OP50工序為切邊+側(cè)切邊+沖孔+側(cè)沖孔，OP60 工序為修邊沖孔，OP70 為側(cè)修邊切邊。其中CAR 車型大梁為OP10 到OP50，SUV 車型在CAR 車型基礎(chǔ)上增加OP60，OP70。

圖1 后大梁工藝路線規(guī)劃

某CAR 車型與SUV 車型后大梁工藝參數(shù)規(guī)劃見表2，OP10 工序壓力機的壓力為800t，氣墊壓力為160t，OP20 工序壓力機的壓力為200t，OP30 與OP40工序壓力機的壓力都為400t，OP50工序壓力機的壓力為300t，CAR 車型后大梁的板料尺寸為1410mm×520mm，SUV 車型后大梁的板料尺寸為1300mm×520mm，其在長度X 方向上比CAR 車型后大梁的板料尺寸短110mm，寬度Y 方向上尺寸大小一致。

表2 工藝參數(shù)規(guī)劃表

成形性分析

零件CAE 分析結(jié)果的好壞是判斷其成形性能優(yōu)劣的一個十分重要的依據(jù)。利用AutoForm 軟件對某CAR 車型與SUV 車型后大梁進行CAE 成形性分析，結(jié)果如圖2(a)、(b)所示，該工藝方案成形性良好，無開裂和明顯起皺風(fēng)險。由于兩種車型大梁小端長短差異，初始分析時SUV 后大梁側(cè)壁起反弧更加嚴(yán)重，為了解決此問題，特采用圖2(c)的方案，工藝補充增加反檻，消除反弧風(fēng)險。

圖2 成形性分析結(jié)果圖

回彈狀態(tài)分析

由以往項目經(jīng)驗可知目前回彈缺陷是影響大梁成形質(zhì)量與尺寸精度的主要原因，當(dāng)回彈數(shù)據(jù)超過設(shè)計所允許的公差值，會對車架總成的焊接工序與裝配工序產(chǎn)生影響。后大梁在成形過程中，板料變形可分為三個過程階段：彈性變形階段、彈塑性彎曲階段、立體純塑性彎曲階段，其中彈塑性彎曲是產(chǎn)生回彈缺陷的內(nèi)在原因。

⑴自由狀態(tài)回彈分析結(jié)果。利用AutoForm 軟件對某CAR 車型與SUV 車型后大梁進行自由回彈分析，結(jié)果如圖3、圖4 所示，CAR 車型與SUV 車型后大梁在OP10 工序顯示為小端扭曲，頂面凹陷1.3mm，OP20 工序小端扭曲，側(cè)壁、法蘭回彈1.5mm，OP30工序小端扭曲，側(cè)壁、法蘭回彈2.1mm，OP40 工序側(cè)壁、法蘭回彈2.4mm，OP50 工序側(cè)壁、法蘭回彈3.2mm，全工序自由回彈數(shù)值均超出標(biāo)準(zhǔn)±0.5mm的公差范圍。

圖3 CAR 車型后大梁自由回彈分析圖

圖4 SUV 車型后大梁自由回彈分析圖

⑵回彈補償策略。在分析解決回彈問題時快速有效且能降低生產(chǎn)成本的方法是回彈補償，因此要進行回彈補償，以保證零件尺寸滿足生產(chǎn)要求。某CAR車型與SUV 車型后大梁不屬于外觀件，而且外觀特征較復(fù)雜，手動回彈補償工作量大，AutoForm 不僅迭代補償效率快，且面連續(xù)性可以滿足分析要求，因此采用AutoForm 進行回彈迭代補償。為了實現(xiàn)兩種車型大梁尺寸精度都達(dá)標(biāo)，回彈補償思路分為以下四步：

第一步：將修邊序主型面回彈補償?shù)嚼?，確保修邊后產(chǎn)品主型面放整形序主型面貼合良好，側(cè)壁若有負(fù)回彈，拉延需將側(cè)壁打開角度確保側(cè)壁不干涉；

第二步：在第一步完成的結(jié)果之上繼續(xù)確保整形序回彈后放側(cè)整工序主型面貼合良好，側(cè)壁若有負(fù)回彈，整形序需將側(cè)壁打開角度確保側(cè)壁不干涉；

第三步：在第二步完成的結(jié)果之上將側(cè)整工序的回彈同步補償?shù)嚼蛹罢?，目?biāo)為側(cè)整之后回彈達(dá)到±0.5mm，且各序符型貼合較好。

第四步：確認(rèn)最后一序沖孔之后回彈是否有變化，若有變化在第三步基礎(chǔ)之上繼續(xù)優(yōu)化。

具體回彈補償策略如圖5 所示，每一步迭代次數(shù)控制在三次以內(nèi)為宜，并且需要利用AutoForm 軟件對每一序補償后在下一工序的符型檢查確認(rèn)，以保證零件尺寸精度及尺寸穩(wěn)定性滿足質(zhì)量要求。

圖5 回彈補償策略

⑶補償后回彈分析結(jié)果.

把按照上述回彈補償方案補償后的某CAR 車型與SUV 車型后大梁數(shù)模重新導(dǎo)入到AutoForm 進行分析，結(jié)果如圖6、圖7 所示，CAR 車型與SUV 車型后大梁在OP10工序與OP20 切邊后側(cè)壁及法蘭邊的自由回彈在1.0mm 以上，OP30 整形后側(cè)壁及法蘭邊的自由回彈在1.0mm以內(nèi)，OP40 側(cè)整形與OP50 沖孔側(cè)沖孔后側(cè)壁及法蘭邊的自由回彈都控制在0.5mm 以內(nèi)，結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)±0.5mm 的回彈公差范圍。

圖6 CAR 車型后大梁補償后自由回彈分析圖

圖7 SUV 車型后大梁補償后自由回彈分析圖

現(xiàn)場驗證

根據(jù)以上工藝方案與分析結(jié)果，某CAR車型與SUV 車型后大梁現(xiàn)場實物試制結(jié)果如圖8 與圖9 所示，兩種車型后大梁各工序試制出件狀態(tài)效果良好，通過藍(lán)光掃描檢測，CAR 車型后大梁各工序尺寸比SUV 車型后大梁各工序尺寸在長度X 方向上長110 mm，寬度Y 方向上尺寸大小一致，其結(jié)果與工藝規(guī)劃一致。

圖8 CAR 車型后大梁現(xiàn)場試制實物圖

圖9 SUV 車型后大梁現(xiàn)場試制實物圖

某CAR 車型與SUV 車型后大梁試制現(xiàn)場藍(lán)光掃描結(jié)果如圖10 所示，CAR 車型后大梁的尺寸合格率為99%，SUV 車型后大梁的尺寸合格率為97%，與CAE 分析結(jié)果基本一致，高于尺寸合格率為95%標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了生產(chǎn)驗收標(biāo)準(zhǔn)，表明這兩種車型后大梁可以實現(xiàn)共用模具。

圖10 藍(lán)光掃描結(jié)果圖

實際收益

經(jīng)過現(xiàn)場試制結(jié)果驗證，某CAR 車型與SUV 車型后大梁共用模具方案可行，按照此方案最終收益明細(xì)見表3，在不采用共用模具方案的情況下，CAR 車型與SUV 車型后大梁各需5 套模具，換模所需時間都為60min，而采用共用模具方案的情況下，SUV 車型后大梁只需要2 套簡易切邊模具，減少開發(fā)3 套成形模具，降低開發(fā)成本，模具換模切換時間每次減少40min，降低生產(chǎn)成本。CAR 車型與SUV 車型后大梁共用模具方案不僅降低了開發(fā)與生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期，而且還為類似零件開發(fā)共用模具方案提供了參考。

表3 項目收益明細(xì)表

結(jié)論

根據(jù)工藝分析與現(xiàn)場試制結(jié)果，可得到以下結(jié)論：⑴平臺化某CAR 車型和SUV 車型后大梁在相同工藝路線規(guī)劃和回彈補償策略情況下成形性能與回彈狀態(tài)良好，符合要求。⑵現(xiàn)場試制CAR 車型和SUV車型后大梁尺寸合格率達(dá)到了要求，模具可以共用。⑶SUV 車型后大梁端頭需要局部切邊，分別開發(fā)兩套簡易切邊模進行生產(chǎn)切換。⑷平臺化某CAR 車型和SUV 車型后大梁實現(xiàn)共用模具，可以減少模具開發(fā)成本與零件生產(chǎn)成本。