CAE分析在产品质量优化中的应用.pdf

模具制造 2023年第9期CAE分析在产品质量优化中的应用俞亚昕，和丹萌，王纪云（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710200）【摘要】传统冲压的拉伸件质量提升方案中，大多以对拉伸模的整改为手段，通过钳工反复钳修及研和，对模具型面进行调整，从而解决此类问题，但这种方案不仅费时费力，而且整改过程中伴随着大量的验证报废，时间成本与经济成本都比较高。随着计算机科学的进步，CAE分析逐渐开始应用在生产过程中，在本次某车型的侧围外板拉伸质量问题的优化上，借助Autofrom软件对产品成形性进行分析，完成了冲压件拉伸工序的质量提升工作。关键词：Autoform；冲压；质量提升；拉伸中图分类号：TG385.2文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.006The Application of CAE Analysisin Stamping Product Quality OptimizationYu Yaxin，He Danmeng，Wang Jiyun（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.,Ltd.,Xian,Shanxi 710200，CHN）【Abstract】In traditional stamping drawing parts quality improvement schemes,most of themtake the rectification of drawing die as a means,through repeated clamping and grinding by fitters,to adjust the die surface to solve such problems.However,this scheme is not only time-consumingand laborious,but also accompanied by a large number of verification and scrapping during therectification process,resulting in high time and economic costs.With the progress of computerscience,CAE analysis has gradually begun to be applied in the production process.In thisoptimization of the drawing quality of the side wall outer panel of a certain vehicle model,we willuse Autofrom software to analyze the product formability and complete the quality improvementworkofthestampingdrawingprocess.Key words:Autoform；stamping；quality improvement；drawing1引言冲压工艺是汽车工业四大工艺的重要组成部分，也是汽车的生产过程中，对产品安全性及外观质量影响最大的生产过程之一。而在日常的生产中，由于产品设计、模具老化、设备失准的各种原因，导致冲压件在生产过程中伴随着各类质量风险，其中影响最大的，模具工艺路线变更管理工作目前较为完善，但在以后的模具管理中会继续探索总结，制定更科学有效的管理方法，指导生产和模具使用寿命延长。本文阐述的冲压模具工艺路线变更管理的内容和方法，可供大家参考。参考文献1吕荣佳，毕文俊，刘明明，王峥.浅谈整车开发中冲压工艺过程开发的流程要点M.汽车实用技术，2018，（20）第一作者信息：曹国亮，男，1980年12月生，冲压高级经理，高级工程师。（收稿日期：2023-04-02）冲 模 技 术19模具制造 2023年第9期莫过于拉伸阶段可能产生的开裂及褶皱问题。在多数情况下，开裂及褶皱问题不仅影响产品合格率，同时由于此类缺陷难以返工的特点，其报废率也居高不下，导致产品质量成本上升，经济效益下降。传统冲压的拉伸质量提升方案中，大多以对拉伸模的整改为手段，通过钳工反复钳修及研和，对模具型面进行调整，从而解决此类问题，但这种方案不仅费时费力，而且整改过程中伴随着大量的验证报废，时间成本与经济成本都比较高。随着计算机科学的进步，CAE分析逐渐开始应用在生产过程中，在本次某车型的侧围外板拉伸质量问题的优化上，将借助Autofrom软件对产品成形性进行分析，完成冲压件拉伸工序的质量提升工作。2案例分析（1）案例背景。该车型的侧围外板（见图1）在生产过程中，需要先使用规定尺寸的板料进行落料，获取相应形状的板料后，再进行拉伸生产。在拉伸工序的生产过程中，该侧围外板的固定两处位置存在开裂失效的风险。由于该冲压件使用手工冲压生产线进行生产，产品状态一致性不足，两处开裂部位的裂口大小也不稳定，且由于开裂部位靠近制件修边线，当裂口较大时，修边工序无法将裂口部分全部切除，导致冲压件开裂不合格，其不合格率高达20%，不仅影响产品质量，生产完毕后的返修过程对生产节拍影响也比较大。因此，解决问题的关键在于能否解决制件拉伸过程中的开裂缺陷。图1侧围外板传统的解决方案中，针对拉伸工序制件开裂的问题，需要根据实际生产情况对拉伸圆角、拉伸筋高度、接触面研和情况等分别进行调整，并在调整过程中多次试压来确认问题改善情况，这无疑是十分耗费时间与精力的，尤其是在生产单元产量维持高位的情况下，长期难以关闭的质量问题影响的不仅是生产节拍本身，在产品全生命周期中存在的质量风险也是不可接受的。综上所述，在本次问题的改进中，使用Autoform软件对制件的成形性进行分析，以确认产品开裂的根本原因，同时对可能的整改方案进行分析，确认整改效果。（2）案例流程。因为本案例是针对批产制件的质量提升与改进，原则上需要尽可能少地调整模面形状，以避免由问题整改引发的其他质量风险。在对产品工序数模进行初步调整后，将其导入Autoform软件，开展成形性分析。因为该侧围外板制件使用的是经过落料工序修整的板料，因此需要将板料数模一同导入，然后依次设置凸模、凹模、压边圈的形状，设置拉伸筋及相应的压力，然后就可以开始进行成形性分析了。根据分析结果，如图2所示，可以明显看到长期开裂的两处位置材料减薄率较高，但这两个位置并非复杂型面所在位置，而是落料完成后的板料边缘，且共同点是这两处开裂位置附近都有拉伸深度较大、拔模角较小的区域，推测原因为这两处位置板料流动性较强、流动距离较大，但落料后圆角半径不足，拉伸过程中内应力过大，最终导致板料在这两处位置撕裂。图2CAE分析结果根据上述推测原因，考虑对落料工序的修边线进行调整，增大修边线圆角半径，并根据制件修边线的位置对落料工序的修边线进行调整，使落料工序修边线尽可能靠近拉伸未知的同时，避免拉伸完成后由于板料流动导致的制件缺料。冲 模 技 术20模具制造 2023年第9期在对落料工序修边线进行多次调整及分析后，得到一个比较完美的结果。从分析结果上看（见图3），两处开裂位置的材料减薄率已经下降至12%，不再具有开裂失效风险，证明此前推测的问题原因无误，接下来便进入实物整改阶段。图3调整后的分析情况因为本次整改中，模具修边线的变化范围较大，无法使用简单的焊接钳修方案进行调整，而模具镶块的制造和加工都是周期长、费用高的，为了避免造成浪费，有必要在整改模具前进行实物验证。将完成调整的修边线导出（见图4），并编制切割程序，使用激光切割将板料按照修改后的形状进行切割，然后将得到的板料用于生产，最终得到的成品效果令人满意，开裂问题完全消除。图4调整前后修边线对比新的修边线验证效果良好，再次确认了问题整改方案的有效性，最后按照新的修边线制作落料模的模具镶块，并使用新镶块对旧镶块进行替换，在实际生产几个批次后，开裂问题未在复发，问题整改完成，如图5所示。图5整改完成后批产状态3结语在冲压的生产过程中，成形类的质量问题是比较难以解决的，原因在于这类问题不仅需要大量的现场经验去判断问题原因，也需要因地制宜的制定相应的整改方案，整改期间可能还需要大量的试错，对于生产单元而言，无论是对产品质量的影响还是对生产节拍的影响，都是巨大的挑战。将CAE分析引入批产阶段的质量改进过程中，不仅仅是一种新方法的应用，更多的是节约了试错过程中的各类成本，降低了确认问题原因的经验门槛，也为冲压生产过程中的质量改进提供了一种全新的思路。参考文献1李健东.质量改进方法在整车制造过程中的应用J.汽车工程师，2013,（7）：59612李先艳，邓浩东，赵威.拉深类冲压零件表面起皱的原因分析及解决方案.J.锻造与冲压，2018,（6）：5456第一作者简介：俞亚昕，男，1990年6月生，从事冲压工艺技术工作11年。（收稿日期：2023-06-25）废料刀废料刀废料刀修边线修边线废料刀废料刀冲异形孔修边线冲 模 技 术声明：为实现科技期刊编辑、出版发行工作的电子化，推进科技信息交流的网络化进程，扩大作者学术交流渠道，本刊已加入中国知网、万方数据、维普网等数据库。因此，向本刊投稿并录用的稿件，将一律由编辑部统一纳入以上系统提供信息服务。其作者著权使用费与本刊稿酬一次性给付。如作者不同意，请在来稿时声明，谢谢合作与支持！模具制造 编辑部21