【成功案例】車身設(shè)計，同步工程大有可為！

2016-09-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在車身設(shè)計全過程中植入同步工程(SE)分析方法,可以大幅度提高數(shù)據(jù)以及實物質(zhì)量,從而提高產(chǎn)品及整車質(zhì)量、減少設(shè)計變更和降低整車開發(fā)成本!

(黃宏偉巫振環(huán) 彭勇,集瑞聯(lián)合重工有限公司)

同步工程

同步工程(SimultaneousEngineering,簡稱SE)是指在汽車設(shè)計階段進行工程化可行性分析,在設(shè)計階段把后期制造過程中可能出現(xiàn)的問題暴露出來,通過產(chǎn)品設(shè)變、工藝優(yōu)化等技術(shù)手段解決生產(chǎn)制造隱患,避免后期制造的風險。圖1為是否開展SE工作對后續(xù)生產(chǎn)制造影響的統(tǒng)計。

圖1 是否開展SE工作對后續(xù)生產(chǎn)制造的影響

分析可知,開展SE工作可以提前發(fā)現(xiàn)問題,將主要問題在數(shù)字樣車階段解決;未開展SE工作,問題將集中出現(xiàn)在實物樣車階段?？梢?SE工程的開展可以有效避免由于設(shè)計不合理導致的生產(chǎn)制造問題,將生產(chǎn)制造問題提前解決,極大地提高了生產(chǎn)效率、降低了開發(fā)成本并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

本文以沖壓和焊裝工藝為例,重點介紹SE工程在車身設(shè)計中的應(yīng)用。

沖壓SE工程

沖壓SE工程的作用包括:避免設(shè)計無法沖壓的產(chǎn)品,將問題消滅在萌芽階段;發(fā)現(xiàn)并解決影響沖壓生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計問題,提前將生產(chǎn)問題暴露出來;提高材料利用率,節(jié)約開發(fā)及制造成本;優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計及產(chǎn)品結(jié)構(gòu),降低模具成本;優(yōu)化沖壓工藝,提高沖壓件質(zhì)量,提高模具壽命;保證生產(chǎn)線的通用性以及便于柔性化生產(chǎn)。

在沖壓工藝中,沖壓件的成形性、修邊的可行性和翻邊的可行性尤為影響沖壓生產(chǎn)和沖壓模具設(shè)計。

1.沖壓成形性分析

沖壓成形性分析,主要是應(yīng)用當前的CAE分析軟件(如Autoform、Dynaform和Pamstamp等),對沖壓件進行成形性分析,仿真軟件通過計算暴露出沖壓件潛在成形性問題,工藝工程師將問題反饋給車身結(jié)構(gòu)工程師,車身結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)反饋意見對數(shù)據(jù)進行修改。圖2為某車型側(cè)圍外板成形性(拉延成形)仿真結(jié)果,結(jié)果顯示沖壓件在拉延成形時減薄率超過20%的區(qū)域存在開裂風險。

圖2 某車型側(cè)圍外板成形性(拉延成形)仿真分析結(jié)果

為了避免沖壓件在成形過程中出現(xiàn)開裂、起皺、沖擊線、滑移線和無法成形等質(zhì)量問題,白車身鈑金件在設(shè)計過程中要遵循如下原則:適當增大導角半徑R角;面與面之間過渡平緩;適當增大拔模角;避免出現(xiàn)尖銳的凸臺和加強筋等結(jié)構(gòu);適當降低零件拉伸深度。

2.沖壓負角檢查

沖壓負角會影響到白車身鈑金件的成形,因此在白車身設(shè)計過程中要盡量避免。設(shè)計白車身鈑金件的時候,一定要考慮到零部件的拉延工藝性,其中很重要一點就是沖壓方向,即保證凸模進入凹模的可行性。如果零件在某一部分有內(nèi)凹,有凹模達不到的死角即沖壓負角,則無法拉延出所需的零件形狀。在設(shè)計零件前,要首先考慮沖壓工藝性。

圖3是某車型車門內(nèi)板沖壓成形SE分析結(jié)果,根據(jù)上述沖壓件設(shè)計原則并結(jié)合沖壓負角的概念分析可知,斷面A處存在沖壓負角,需要根據(jù)沖壓方向來調(diào)整此處的結(jié)構(gòu)。

圖3 某車型車門內(nèi)板沖壓成形SE分析結(jié)果

3.修邊可行性分析

沖壓修邊工序是利用模具的刀刃將多余的料邊修剪掉,以獲得產(chǎn)品所需要的邊界。白車身鈑金件在設(shè)計過程中,鈑金件料邊線的方向與沖壓方向的關(guān)系,將直接決定模具是否能夠方便地將邊界修剪成產(chǎn)品需要的狀態(tài)。

圖4為某車型地板橫梁的沖壓SE分析報告,從中可知,原方案紅色虛線框內(nèi)的修邊線處于鈑金件R角上,此結(jié)構(gòu)一是在R角處修邊容易導致毛刺等質(zhì)量問題,二是此處修邊要求模具的沖裁力較大,易導致模具刀刃受損。通過對鈑金件結(jié)構(gòu)分析及模具修邊技術(shù)要求,工藝建議將修邊線調(diào)整到R角棱線以外,最終方案如圖4右圖所示。

圖4 某車型地板橫梁的沖壓SE分析報告

4.翻邊可行性分析

白車身鈑金件翻邊設(shè)計時盡量避免采用內(nèi)翻邊結(jié)構(gòu),尤其是兩面、三面或全封閉的內(nèi)翻邊結(jié)構(gòu),因為這種內(nèi)翻邊結(jié)構(gòu)需要采用所謂的“開花”式凸模,否則翻邊結(jié)束后零件將無法卸下。另外對于需要側(cè)壁內(nèi)翻邊的零件,在設(shè)計時應(yīng)當保證側(cè)壁與垂直方向所成角度大于15°,以便采用垂直壓料機構(gòu),否則必須使用斜楔水平壓料機構(gòu),這將加大模具設(shè)計的難度,同時模具成本也將增加。

焊裝SE工程

焊裝SE工程的作用包括:避免設(shè)計無法實現(xiàn)焊接的產(chǎn)品,將問題消滅在萌芽階段;發(fā)現(xiàn)并解決影響焊裝生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計問題,提前將生產(chǎn)問題暴露出來;根據(jù)車身材料、料厚和焊點數(shù)量定義,分析焊鉗數(shù)量,盡量減少焊鉗數(shù)量及種類,節(jié)約制造成本;優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計及產(chǎn)品結(jié)構(gòu),使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有較好的定位方式,降低工裝夾具、檢具成本;開展焊裝尺寸分析,提高白車身符合率、外觀匹配符合率;保證生產(chǎn)線的通用性以便于柔性化生產(chǎn);開展虛擬工程分析,均衡各工位勞動量和勞動強度,提高生產(chǎn)效率。

1.焊裝定位

(1)車身定位原則

車身設(shè)計及制造過程中要遵循RPS(基準點系統(tǒng))原則。同時,為了使RPS系統(tǒng)能夠在實際生產(chǎn)中發(fā)揮作用,研發(fā)、工藝、生產(chǎn)制造、零部件供應(yīng)商、質(zhì)量及檢驗等相關(guān)部門必須遵循以下規(guī)則: 3-2-1規(guī)則;坐標平行規(guī)則;統(tǒng)一性規(guī)則;尺寸標注規(guī)則;RPS尺寸圖。

關(guān)于RPS系統(tǒng),工程技術(shù)人員在制作車身數(shù)據(jù)時,要始終記住該件或總成的6個自由度是否都被完全限制完整,一般至少要選取一個主定位孔、一個輔定位孔和一個主定位面才能將單件或者總成限制完整。圖5為某車身底板系統(tǒng)的RPS定義圖,分別定義了主定位孔、輔定位孔、主定位面和輔定位面。

圖5 某車身底板系統(tǒng)的RPS定義

(2)案例分析

在開展焊裝SE分析時,首先要考慮的就是單件或焊接總成件的定位問題。根據(jù)上述RPS定義及定位原則,我們可以簡化為選擇一個主定位孔、一個輔定位孔和一個主定位面作為單件或總成的定位基準。圖6所示的2個單件均沒有開定位孔,根據(jù)RPS定位系統(tǒng)中3-2-1原則,零件定位要素不足,需要增開定位孔和增加定位面,圖6給出了解決方案。

圖6 增開定位孔和增加定位面

2.車身級次定義

按照單件到小總成、小總成到總成、總成到分總成以及分總成到一級總成的分類方法,焊接工藝的流程就是按照從小到大的順序依次編排的。車身設(shè)計過程中,結(jié)構(gòu)工程師首先要理清車身焊接級次,并與焊接工藝工程師交流焊裝工藝的可行性,對焊接級次進行適當?shù)恼{(diào)整,以確定工藝可行的焊接級次。焊接級次作為車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的邊界條件,在項目可行性階段就應(yīng)該形成文件性的資料,在可行性分析過程中,車身結(jié)構(gòu)工程師與焊接工藝工程師根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點及生產(chǎn)線布置等要求,確立可行的焊接級次。

3.焊鉗可達性

焊鉗作為焊接工藝最主要的執(zhí)行設(shè)備,焊鉗能否焊接到產(chǎn)品設(shè)計的焊點(即焊鉗的可達性)是焊點工藝可行性的最重要內(nèi)容。焊接工藝工程師在接到車身數(shù)據(jù)后,會根據(jù)車身級次定義,編制初版工序圖卡,并在工序圖卡中完成焊鉗的可行性分析及焊鉗選型。圖7焊裝SE分析報告顯示出某車型發(fā)艙縱梁加強板與縱梁連接板焊接時,焊接可行性及焊鉗可達性分析,從分析可知,在模擬焊鉗焊接時焊鉗臂與加強板干涉,導致焊接無法實現(xiàn);同時存在連接板與縱梁焊接時無焊點空間的問題,在設(shè)計及校核時均要對結(jié)構(gòu)進行避讓。