冲压同步工程在汽车产品设计开发中的应用

罗仁平王燕赵金龙

（上海通用汽车有限公司）

冲压同步工程在汽车产品设计开发中的应用

罗仁平王燕赵金龙

（上海通用汽车有限公司）

针对汽车车身冲压同步工程中常见的开裂、起皱和重力变形等产品缺陷，利用Autoform和Dynaform两款软件分析了产生缺陷的原因，提出了解决措施，并进行了可行性验证。结果表明，通过冲压同步工程，可以在产品开发初期及早发现和解决新产品冲压问题，从而达到缩短产品开发周期、降低开发成本的目的。

1 前言

为提高产品质量，降低生产成本，同步工程技术已越来越多地被国内外汽车厂商应用。同步工程又称为并行工程[1]，汽车行业的同步工程主要是指在产品设计的同时通过CAE/CAD软件完成产品的可制造性分析，从而找出产品在实际的生产制造过程中可能出现的问题，并且提出解决问题的方案，最终达到提高产品质量、降低生产成本、缩短产品开发周期的目的[1～3]。

冲压同步工程常用的有限元仿真分析软件有Autoform、Dynaform、Pamstamp和Fastamp等。Autoform软件由于计算速度快、结果准确，所以目前在解决产品冲压开裂、起皱等问题上应用广泛，而Dynaform软件可准确评估产品重力变形问题。本文通过实例介绍了Autoform和Dynaform两款软件在汽车产品开发中的应用。

2 冲压同步工程中常见产品缺陷和解决措施

影响汽车外覆盖件质量的主要因素是开裂、起皱和重力变形，为此，利用软件Autoform和Dynaform对产品进行成型性分析，准确预测产品缺陷。

2.1 开裂

开裂是指材料受到的应力超过了其抗拉强度或材料减薄超过其塑性极限而引起的板料失效。在利用Autoform软件进行成型性仿真分析中，常用成型极限图FLD来判定板料是否开裂，若主应变和次应变的值均位于FLD曲线上方，则代表产品存在开裂区域。图1为针对某车型前盖内板原设计产品的Autoform成型性仿真分析结果。由图1可看出，该产品圆圈内所示区域的主应变和次应变位于FLD曲线上方，表明该区域处于塑性破裂区，即在实际生产时该区域存在开裂风险，需要对产品进行优化设计。造成该产品此处开裂的关键因素为面过渡圆角太小，为此将面过渡圆角由8 mm调整为12mm，优化后产品断面如图2所示，优化后产品的Autoform成型性分析结果如图3所示。由图3可看出，优化设计后产品所有区域的主应变和次应变均位于FLD曲线下方，说明该产品开裂风险消除。

2.2 起皱

起皱是指产品局部发生皱曲（波纹），是由于板料厚度方向的尺寸与平面方向上的尺寸相差较大而造成厚度方向不稳定，当平面方向的应力达到一定程度时，厚度方向失稳而导致起皱。在Autoform起皱仿真分析中，依据经验通常选择在凹、凸模还差0.4 cm贴合时检查产品是否存在起皱，因为凸、凹模具完全贴合时会将产品上起皱区域“拍平”，影响对起皱的判断。图4为针对某车型侧围内板原设计产品的Autoform起皱仿真分析结果。从图4可看出，圆圈所示区域存在明显起皱（波纹）现象，即该区域存在起皱风险。

为解决该产品起皱问题，对该产品进行了优化设计，即在产品设计中增加条状凸起特征，以吸收成型过程中多余的板料。优化设计后产品图及其起皱仿真分析结果如图5所示。由图5可看出，原设计产品的起皱现象已完全消除。

2.3 重力变形

重力变形是指板材或产品在自身重力下发生的塑性变形。由于部分大型覆盖件造型简单，容易造成产品刚度不足，所以在大型覆盖件的生产设计过程中重力变形的同步工程评估尤为重要。以某车型顶盖为例，该顶盖由于表面曲率半径大且有天窗，在车顶四角先接触工作台后，中间部分易造成塌陷。利用Dynaform对该产品进行重力变形仿真分析，其应变分析结果如图6所示。由图6可看出，该产品中间区域有较大的塑性变形，该变形将直接导致产品报废。

为验证Dynaform分析结果的真实性，设计了一套简易模具（软模）对模拟结果进行了验证，实际产品的重力变形情况如图7所示。由图7可看出，由于产品刚度差，在自身重力的作用下发生了塑性变形，验证了Dynaform软件模拟结果的真实性。针对该产品刚性不足的情况，对产品进行了优化设计，即在产品设计中增加加强筋以提高刚度，优化后产品的Dynaform仿真分析结果如图8所示。由图8可看出，优化后产品最大塑性应变仅为0.12，大部分区域塑性应变数值为0，即未发生明显重力变形。

3 结束语

针对汽车车身冲压同步工程中常见的开裂、起皱和重力变形等产品缺陷，通过Autoform和Dynaform两款软件分析了产生这些缺陷的原因，提出了解决缺陷的措施，并进行了可行性验证。结果表明，通过冲压同步工程，可以在产品开发初期及早发现和解决新产品冲压问题，减少模具开发后期出现问题而造成的项目成本提高、周期延长等，从而达到缩短新产品开发周期和降低成本的目的。

1黄跃东，邱晓刚.汽车顶盖冲压成型的CAE模拟研究.汽车技术，2011（6）：54～58.

2黄利文，江正平，杨永康，等.汽车车身冲压模具开发同步工程中常见产品缺陷解析.《第七届先进成型与材料加工技术国际研讨会》论文集.2010.

3李文，刘钢，刘旌扬.仿真技术在汽车结构侧面碰撞设计中的应用.汽车技术，2012，438（3）:35～38.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为2014年3月6日。

Application of Stamping Simultaneous Engineering in Auto Product Research and Development

Luo Renping，Wang Yan，Zhao Jinlong
（Shanghai General Motors Co.，Ltd）

To eliminate the defects of cracking，and corrugation and gravity deformation which frequently occur in the auto body stamping simultaneous engineering，we use software Autoform and Dynaform to analyze the cause of the above defects，and make feasibility verification.The results show that with the aid of stamping simultaneous engineering，we can find stamping defects of new products and solve in the early stage of development，which helps to shorten development lead time and reduce cost.

Auto panels,Stamping,Simultaneous engineering,Product development

汽车覆盖件冲压同步工程产品开发

U466

A

1000-3703（2014）07-0005-03