在冲压工艺开发过程中引入同步工程方法，能够有效降低开发成本、缩短开发周期和提高车身品质。本文主要介绍了冲压工艺同步工程开发流程及相关交付物，并结合案例对主要交付物的内容和编制要点进行了说明,阐述了建立约束条件的重要性。

冲压是整车制造的源头工序，也是最为重要的工序之一，冲压件的工艺设计、模具开发与调试具有周期长、成本高以及质量控制难度大的特点，在冲压工艺过程开发中运用同步工程方法是缩短开发周期、控制开发成本及保证产品质量的有效途径。从车身制造的工艺流程来看，产品设计人员和焊装工艺人员是冲压工艺最紧密的协同对象，在新车型开发过程中要与协同对象充分开展同步的产品设计与工艺设计，互相提出约束条件并达成一致，从而达到降低新车开发成本，缩短开发周期，提高车身品质的目的。

冲压同步工程开发流程

产品开发阶段划分为造型设计、断面设计和产品结构设计，其中产品结构设计划分为招标数模、SE数模、模具设计数模和NC数模四个阶段。从造型设计到NC数模下发大概需要24个月的时间，冲压同步工程工作内容主要集中在第8个月到第24个月之间。按照交付物的性质，将冲压工艺开发划分为三个阶段，分别为工艺审查阶段、工艺设计阶段和CAE分析阶段，以上三个阶段的工作同样存在并行关系，冲压同步工程开发流程如图1所示。

从图1可以看出，冲压工艺开发与产品设计过程协同紧密，在产品设计各个阶段冲压工艺均有与之相对应的交付物输出，且完成时间仅滞后1个月左右，而在NC数模下发时，冲压工艺已经提前完成了NC数模工艺审查、模具DL图及结构图设计，可以直接进入模具制造过程。与传统的开发流程相比采用同步工程的冲压工艺开发至少节约超过3个月的模具开发周期。图1中焊装工艺开发交付物仅列出与冲压相关的总成SQM和公差分配，它们分别是冲压GD&T和冲压件检测公差的输入文件。

冲压同步工程工作内容及交付物

1.工作内容

冲压同步工程工作内容主要有工艺审查、工艺设计和CAE分析。工艺审查贯穿产品开发的整个过程，主要针对每个件的产品数模进行工艺可行性、模具结构强度、生产制造成本和产品品质分析，对问题点提出工程变更申请反馈给产品设计进行产品数模的修改。工艺设计主要面向模具开发，工作内容包含工艺规划（工序排布、模具尺寸估算和机床吨位确定）、成本核算、几何尺寸和公差设计（GD&T）、模具DL图设计及结构图设计。CAE分析为在SE数模下发后进行的自主模面设计及成形性仿真分析，针对一些凭经验无法确认和发现的问题借助计算机模拟手段进行问题的先期预测，并提出工程变更申请反馈给产品设计进行产品数模的修改。冲压同步工程工作内容及交付物清单如表1所示。

2.工作内容说明

（1）工艺审查 工艺审查是冲压同步工程最基本的环节，主要目的是对产品数据的冲压工艺性进行分析，确认冲压件的成形性、生产性、经济性、品质及模具的结构强度是否存在问题，并针对问题以《工程变更申请单》（ECR）的形式提出更改方案反馈至产品设计人员。工艺审查对整车的品质和工装的质量保证有重要意义，工艺分析的准确与否将关系到后期的品质培育工作的难易程度，直接影响到车型开发的周期及投资成本以及批量生产过程的经济性和稳定性。

由于造型、断面和结构数据具有不同的产品属性，因此在进行工艺审查时也各有侧重。造型审查侧重于整车外观的品质，应重点检查特征线的走势、圆角大小是否影响板件的成形性和表面品质；分缝线的形状和分缝位置是否影响板件的材料利用率、模具结构强度和包边品质。图2所示为造型审查案例，调整发盖与侧围的分缝线角度后可以提高发盖侧修边和侧整形凹模刀块强度。

典型断面审查侧重于冲压件与冲压件的搭接关系，冲压件与塑料件的配合关系，应重点检查冲压件的拉延深度及拔模角等是否对成形性产生影响，预测冲压方向，研讨是否存在冲压负角；冲压件与冲压件的搭接结构是否有利于保证成形后的零件精度及焊接配合精度；冲压件与冲压件及与塑料件非配合部位间是否存在合理的安全间距。图3所示为典型断面审查案例，减小A柱内板与侧围外板之间不必要的配合面积，尽量在焊接位置设置搭接面，降低冲压件间的配合难度。

产品数模基本能够体现冲压件的细节特征，特别是SE数模已经具备完整的圆角和孔的信息，因此审查时侧重于对每个冲压件的成形性、零件品质、模具强度、修边工艺实现性、生产性和成本进行确认。产品数模工艺审查是面向最终产品的审查，是三个审查阶段中最重要也是工作量最大的阶段。图4所示为数模审查案例1，在对翻边部位进行展开后发现存在干涉现象，因此需要重新设计翻边结构。图5所示为数模审查案例2，由于冲压件结构分块不合理，产生大片废料区域，坯料轮廓为梯形料，占用开卷资源。

修改分块特征，重新设计零件铰接点后，影响材料利用率的部分被去除，坯料为易于采购的矩形料。

（2）工艺设计 工艺设计是冲压同步工程最重要的环节，主要目的是设计冲压件的工艺方案，确保以最合理的工艺排布、最少的模具数量生产出质量达标的冲压件。工艺设计质量直接影响工装、零件质量，对整车开发成本和制造成本也起到决定作用。

①工艺规划 在招标数模下发后，对冲压件的工艺实现过程进行分析，确定工件的工序数和各工序内容。工艺规划书的首页信息为工序内容、模具数量、设备型号、送料方式、坯料尺寸、材料利用率以及模具的类型，如单工序模、多工位合模、一模多腔及左右合模等。工艺规划数的后续页体现各工序的详细规划内容，如冲压方向、工艺补充面概念图、刀块布置、废料流向、交刀点位置和送料方向等。图6a所示为侧围工艺规划书首页信息，图6b所示为侧围第二工序工艺信息。

工艺规划质量的重要考量指标为工序比，工序比为整车工序数总和与整车冲压件数总和的比值，工序比越小意味着整车模具数量越少，模具开发费用和生产费用也越少，我公司工序比要求不大于2.5。工序比的降低并不意味着随意减少必要的工序，而是通过应用先进的模具技术来实现，如开发多工位模具、级进模、一模多腔及多件共用模具等。

②成本核算及优化 白车身成本是整车成本的重要组成部分，其中冲压材料费用和冲次费用占白车身总成本的80%左右，因此有效提升材料利用率和减少冲压工序数能够起到降低白车身成本的作用，针对每个冲压件来说就是要在工艺规划阶段进行精益的坯料尺寸设计和机床吨位选择。从工艺规划书中提取坯料尺寸和机床吨位信息汇总为冲压成本BOM，为成本核算人员提供整车成本核算依据，是整车上市定价的重要依据。冲压成本的高低与工艺规划水平的高低密切相关，因此冲压成本是工艺规划质量的另一个重要考量指标。

③冲压件几何尺寸和公差（GD&T） GD&T文件包含定位基准和尺寸公差信息，用于保证模、检具的设计与制造依据统一的标准。定位系统设计应遵循稳定性和统一性原则，稳定性即定位基准区域尺寸变化小，形状稳定，能够保证冲压和焊装生产过程定位精度变化最小。统一性原则即零件在冲压过程中的基准、零件检具基准、模具基准和夹具基准应具有继承性，使基准点累计误差量最小。冲压件公差需结合整车的质量和性能要求进行设定，首先要理解产品各项功能的要求，以及车身精度对于各项功能的直接和间接影响。公差过大会产生质量问题，公差过小则会加大生产成本，减少利润。制定公差需考虑工艺可行性。冲压件精度控制需在保证质量和性能要求下与生产成本找出最佳平衡点，制定切实可行的公差。

（3）模面设计与CAE分析

在SE数模下发后对外覆盖件及重要内板件进行模面设计和CAE分析，借助计算机模拟手段对冲压件成形缺陷进行预测，对冲压方向、工艺补充面的合理性进行判定。例如可以依据仿真分析结果判断侧围、发盖等外覆盖件的特征线是否会出现滑移，如果通过调整冲压方向仍不能解决则需要提出原角放大的变更申请；还可以依据仿真分析结果判定车门外板和顶盖外板的工艺补充面是否能够保证成形的充分性，以满足板件的刚度要求。在同步工程阶段进行充分的CAE验证分析，能够有效保证模具结构可靠性，缩短模具开发周期和减少模具调试成本。

冲压工艺开发约束条件建立

约束性条件是同步工程过程中的一个基本特点，为了满足同步工程的目标，保证最终的质量、投资及周期的合理实现，在产品开发的各个环节体系中建立相互的约束、限制条件。本文的第二部分已经建立起冲压同步工程开发流程，但为保证各不同节点、各不同部门输出物的质量有效，就必须在车身设计的各个开发节点上针对协同对象设置必要的约束性条件，以支持冲压同步工程工作的合理实现。

1.面向产品设计的约束条件建立

为了提高冲压工艺开发与产品设计的同步性和协调性，需要根据冲压工艺开发各阶段对数模的需求程度采取产品数模分步下发的方案，并对各阶段下发的数模应达到的标准进行约束。我公司产品数模分四阶段下发，按顺序分别为招标数模、SE数模、模具设计数模和NC数模，各阶段数模的完整性、准确性逐步增加，并能够支持相应阶段的冲压工艺活动。针对各阶段数模提出的约束条件如表2所示。

为了提高产品设计的工艺可行性，减少数模下发后工艺审查提交ECR的数量，避免大量的设计反复，需要在招标数模设计开始前向产品设计部门提交冲压工艺约束条件，为产品数模结构设计提供参考。冲压工艺约束条件是由前期车型冲压工艺开发过程中的经验总结而来，经过充分的实践检验，因此具有较高的指导价值。图7所示为工艺约束条件示例，通过约束侧围A柱的分缝形式优化模具斜楔机构的运动方向。

2.面向焊装工艺的约束条件建立

为了向焊装提供精度达标、质量稳定的冲压件，冲压工艺也应该向焊装工艺提出必要的约束条件。在冲压工艺开发过程中与焊装工艺关联最紧密的是GD&T设计，为了满足定位基准一致性原则，使焊接过程误差累积最小，在冲压GD&T设计前焊装工艺应该向冲压工艺输出焊接品质基准书，在单件定位基准选择时尽量与总成一致。在冲压件公差设计时也要结合焊装工艺输出的特殊公差要求进行，满足焊装上件需求，避免焊装调试过程中产生过多实配现象造成模具的大量整改。由于焊接品质基准书也是根据产品数模下发的阶段进行调整优化，因此必须对整改文件进行版本标识下发给冲压工艺进行GD&T的变更，否则将出现实物阶段冲、焊基准不一致的现象。

结语

当前国内汽车工业的发展正处于关键阶段，能否以最短的周期、最少的开发费用、最好的质量和性能开发出新车型直接关系到企业的生存和发展。在冲压工艺开发过程中合理运用同步工程方法，建立与协同对象间的约束条件，健全冲压工艺同步工程工作流程和交付物清单，将有效提升冲压工艺设计开发水平，对推动国内自主品牌整车的工艺水平跨越式发展具有重要的意义。