CN101048243A - 制造汽车部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产汽车的车身部件的方法，该车身部件首先成形然后进行热表面处理，所述方法包括利用成形步骤中所采用的工具的可变几何尺寸数据进行迭代的模拟步骤。根据本发明，连续地检查部件的预期几何尺寸数据是否落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内。如果不是这种情况，就对工具几何尺寸数据进行修改并且产生修正的工具几何尺寸数据。这一点分两个阶段进行，即，首先针对成形工序步骤进行，随后针对热表面处理的工序步骤进行。

Description

制造汽车部件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造汽车部件的方法。

背景技术

在背景技术中，制造汽车的安装件(亦称附件)的方法是公知的，由此，由诸如板状金属面板部分等等的金属结构元件使用成形步骤制造汽车的车身部件。之后，该部件通常会在热作用下进行表面处理。

EP 1 041 130 A2公开了例如门、后门、机盖或滑动天窗盖的汽车车身部件的卷边密封。用于这一目的的方法以借助UV照射将密封材料在车身框架中的预交联为基础。在紧随其后的第二步骤中，卷边胶和密封材料在热的作用下硬化。车身部件然后在电泳浸漆(CDP)炉中经受热硬化。

对在单个制造阶段中这样制造的汽车安装件的几何尺寸进行更仔细的检查表明该部件的形状明显地发生变化。

因此，已公知由于所使用的金属板的弹力和/或弹性属性，所以在成形步骤期间会出现难于预计的影响，尤其是在卷边、预折边和最终折边期间。Zhang，G.，Hao，H.，Wu，X.，Hu，S.J.，Harper，K.和Faitel，W.于2000年在“制造过程”(Manufacturing Processes)的Vol.2 No.4的241-246页的“曲面-直边的折边的实验研究”(An experimental investigation of curvedsurface-straight edge hemming)以及Zhang，G，Wu，X.和Hu，S.J.于2001年在“机械材料和技术”(Engineering Materials and Technology)的Vol.123，No.4的436-441页的“对于折边过程中的扭曲和回弹的基础机制的研究”(A studyon fundamental mechanisms of warp and recoil in hemming)已经在这一方面进行了更完整的研究。

因此，车身安装件和整个机盖，在使用有效工具表面的标称几何尺寸，即，具有用于此目的的工具的几何尺寸的卷边工具进行预折边和最终折边之后，对应于要被折边的部件的标称几何尺寸，具有偏离它们的标称几何尺寸的偏差。这完全是由于“滚进、滚出、扭曲、回弹”现象造成的。

同样，在经过电泳浸漆之后和随后的炉内干燥之后，各部件再次表现出明显偏离其标称几何尺寸的偏差。这些偏差可能是由于若干原因造成的。例如，在非切割制造(深冲、裁切、卷边、锻压、折边)的过程中，引入机盖中的内部应力被减小。除此之外，是因为下述事实，即所使用的任何的卷边胶和衬套胶与通常由钢制成的金属部件具有不同的热膨胀特性。最终，胶的硬化导致在CDP周期结束时机盖的几何尺寸的与热膨胀相关的偏差的“凝固”。如果可能的话，在电泳浸漆和随后的炉内烘干过程中产生的尺寸偏差需要通过费时和高成本的产品和/或处理的改进以及通过可选的必要手工矫直进行补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，由此避免背景技术中的问题。

这一目的是通过独立权利要求的主题实现的。从属权利要求带来有利的改进。

根据本发明，首先，规定用于成形操作的各个工具的工具几何尺寸数据、部件的标称几何尺寸数据以及部件的该标称几何尺寸数据的容许公差。然后，通过采用工具几何尺寸数据模拟成形操作的工序步骤，计算出在该模拟后所预期的部件的几何尺寸数据。

如果随后的检查结果是预期的部件的几何尺寸数据没有落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内，那么就要对工具几何尺寸数据进行修改，以修正工具几何尺寸数据，随后重复执行在前的步骤直到表明预期的部件的几何尺寸数据落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内。

根据本发明，只有在这之后，才模拟在受热作用下进行表面处理的工序步骤，其中，在这种情况下，确定所预期的部件的几何尺寸数据。在这种情况下“热作用下的表面处理”可以意味着任何可能的进一步处理，即，如EP 1 041 130 A2所示的，例如对于诸如门、后门、机盖或滑动天窗盖的汽车的车身部件的卷边密封，在这期间，产生热量或者施加热量。在通过用紫外线UV照射来使密封材料发生预交联以及随后通过对于卷边胶和密封材料的热作用来使其硬化都同样会导致扭曲和拉伸，根据本发明直到第二迭代步骤之前并不考虑这些。这特别应用随后的车身部件在CDP炉中的热硬化。按本发明进行的优化这样分开为两个或多个迭代步骤已经证明是非常成功的。这是由于下述事实，即由部件成形所引起的预期误差与随后热处理时产生的误差在本质上是不同的。因此因部件成型所引起的预期误差在第一迭代步骤中进行考虑。然后，所有的其他迭代步骤涉及到随后的部件处理，其不再涉及成形操作。

如果随后确认预期的部件的几何尺寸数据没有落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内时，就对部件的标称几何尺寸数据进行改进，得到部件的修正几何尺寸数据，然后重复上述步骤，但是，此时要采用修正的部件几何尺寸数据代替部件的标称几何尺寸数据。

总之，可以说这里发生了两个阶段的迭代，这会非常快地带来好结果。

仅在此之后，才开始使用修正的部件几何尺寸数据以及修正的工具几何尺寸数据来生产和/或大批量生产部件。

根据本发明，也可规定将验证流程作为在采用部件的标称几何尺寸数据和/或必要时其修正几何尺寸数据以及采用工具几何尺寸数据和/或必要时修正的工具几何尺寸数据的情况下来对部件进行单件生产的一种形式。在这种情况下，检测部件的实际几何尺寸数据是否与计算出的几何尺寸数据相吻合。据此可推断出所采用的模拟方法的质量。

本发明避免了为减小或最小化车身部件的几何尺寸与标称几何尺寸的偏差，利用费力的手工对工具有效表面的几何尺寸要进行修正的卷边工具进行调整。这样的修正通常仅通过直觉地、迭代地并且需要根据调整者的经验来实现，并且通常没有文字记载，这尤其是不利的。

而且，本发明提供了一种模拟辅助方法，以减小为制造诸如机盖、后门和门等汽车安装件所必需的卷边操作，当卷边操作之后是进行电泳浸漆(CDP)时，使用该方法尤其有利。因为就是在这种情况下尺寸偏差特别频繁地出现。但是，根据本发明的方法也可应用至其他所有生产方法，其中在成形过程之后设置喷漆操作等热处理。

按照本发明，在采用计算机和/或模拟辅助的方法的情况下，主动地确定和随后减小由卷边操作和进行CDP所造成的车身安装件的尺寸偏差。这样，考虑到了车身安装件的整个成形和接合历史。

本发明提供了一种减小尺寸偏差的模拟辅助方法，这些偏差是为制造汽车安装件(机盖、后门、门)所必需的卷边操作(预折边和最终折边)和随后进行电泳浸漆(CDP)所引起的。

根据本发明的方法包括下述序列：模拟、数据组的比较和几何尺寸控制。为了减小用户的工作，该方法通过使用所谓的Shell脚本程序(Shell-Script)自动进行。必要的数据组的比较与几何尺寸的控制有利地以更高级的语言来实现。用户提示可通过GUI或者图形用户界面来实现。

本方法的主要应用领域是这里所述的“前载(Frontloading)”的情况，其中在加工工具之前所述方法已经被使用，从而确定优化的工件几何尺寸以及优化的有效工具表面几何尺寸。但是，本发明同样可用于帮助已经存在的卷边工具的调整过程。在这种情况下，借助光测量技术探测工具的有效表面并且代替标称数据用作方法步骤1的模拟的输入数据。

使用本发明可带来很多优势，即减小调整卷边工具所需的工作，因为可根据优化的数据得到有效的工具表面。理想地，卷边工具的这种调整不再需要。这直接导致“人工”形式的成本的节省、一系列更可靠的开始以及更陡的初始曲线。

卷边工具的设计不用再凭直觉地根据经验而是以知识为基础来实现。为此目的的知识存储在本方法中并且任何时候都可使用。即使在关键时刻专家由于生病、休假而不在，也不会有什么影响。

涉及到产品和/或处理的改进的工作以及在CDP周期和炉内烘干之后对安装件的可选择地必要矫直被大量地减小和/或完全被消除。

可以避免当由于标称几何尺寸的偏差太大而使安装件无法被矫直时所产生的废品。这直接导致“人工”形式的成本的节省、一系列更可靠的开始以及更陡的初始曲线。

附图说明

通过参照一个多个步骤的附图，说明减小由卷边操作和随后的CDP周期造成的车身安装件的几何尺寸偏差的方法的原理。

图1以程序运行方框图的形式示出本发明方法的各个步骤。

具体实施方式

这里，在图1中示出的阿拉伯数字“1”至“10”对应于下述步骤“步骤1”至“步骤10”，在其中这没有被明确地注明。

在“步骤1”中出现各工序步骤的模拟，诸如加入所述安装件的用于各个单独部件的加强部件的深冲、裁切、锻压(取决于单独部件)、卷边、接合。在发动机机盖的情况下，它们是机盖的外壳和机盖的框架。通过预折边和最终折边对单独部件的接合也是一个将在这里被模拟的工序步骤。在这些工序步骤之后：裁切、锻压、卷边、预折边和最终折边，在每种情况下，在实际中产生的回弹也同样被模拟。该模拟可通过市面上能买到的有限元模拟系统来完成。在该方法的第一次执行期间，所使用的有效的工具表面的几何尺寸对应于将要生产的各个部件的有效标称几何尺寸。这一模拟的结果是可利用所使用工具的有效表面几何尺寸获得的安装件的几何尺寸。在可能的情况下，在单个工序步骤的模拟期间，也要考虑在每个在先工序步骤中得到的伸长、应力和片材厚度的分布。

在“步骤2”中检查“步骤1”中计算的安装件的几何尺寸是否落入之前指定的公差范围内。根据以设计该安装件的CAD数据的形式存在的计算的几何尺寸和标称的几何尺寸的逐点比较进行所述检查。如果计算的几何尺寸落入公差范围内，那么该方法立即进行“步骤4”。如果几何尺寸没有落入公差范围内，在“步骤3”中适当地修正有效的工具表面并且重复执行“步骤1”。重复迭代进行步骤1至3直到所生产的安装件的计算几何尺寸落入公差范围内。

在“步骤3”中，进行上面已经提到的有效工具表面的修正。该修正以之前逐点确定的安装件的计算的几何尺寸与标称的几何尺寸的偏差为基础。借助有效工具表面的几何尺寸沿着之前确定的矢量的逐点平移完成所述修正。利用适当的算法完成对平移矢量的确定。在“步骤3”中，优选地，预折边工具的有效表面几何尺寸被修正，因为根据本发明的发现，它们对安装件的几何尺寸有很大的影响。

在“步骤4”中，对CDP周期和随后的炉内烘干进行模拟。为此目的，根据“步骤1”形成的模拟模型可通过适当模拟卷边胶和衬套胶进行补充。使用适当的材料定律来反映胶的机械特性的温度相关性。

在“步骤5”中，检查“步骤4”中计算的安装件的几何尺寸是否落入之前指定的公差范围内。根据以安装件的CAD数据形式存在的计算的几何尺寸和标称几何尺寸的逐点比较进行所述检查。如果计算几何尺寸落入公差范围内，那么该方法结束；由此确定了有效工作表面和安装件的优化几何尺寸。如果几何尺寸没有落入公差范围内，那么在“步骤6”中对部件的几何尺寸进行适当的修正并且重复地执行步骤1至4。重复迭代进行步骤1至6直到安装件的计算几何尺寸落入允许的公差内。

在“步骤6”中，对安装件的几何尺寸进行修正。根据之前逐点确定的安装件的计算几何尺寸与标称几何尺寸的偏差进行所述修正。该修正借助沿着之前确定的矢量进行的标称几何尺寸的逐点平移而实现。该结果为一个辅助的几何尺寸。在这种情况下以这样的方式进行修正，即，当安装件的该辅助几何尺寸在CDP周期和随后烘干期间产生变形时，使得经喷涂得到的最终部件在尺寸和形状方面与标称几何尺寸的偏差最小化。利用适当的算法来确定平移矢量。

在“步骤7”中，通过光测量技术确定在CDP周期和烘干之前的安装件的实际几何尺寸。

在“步骤8”中，通过逐点比较所计算出的几何尺寸与“步骤7”中所确定的实际几何尺寸，来验证由“步骤1”得到的模拟结果。

在“步骤9”中，借助光学测量技术确定CDP周期和烘干之后的安装件的实际几何尺寸。

根据“步骤10”，通过逐点比较所计算出的几何尺寸与“步骤8”中所确定的实际几何尺寸，来验证由“步骤4”得到的模拟结果。

Claims (7)

1、一种制造首先成形然后在热作用下进行表面处理的汽车车身部件的方法，其中，所述部件包括至少一个金属结构件，该方法包括下述步骤：

a)规定用于成形的操作工具的工具几何尺寸数据、部件的标称几何尺寸数据以及部件的该标称几何尺寸数据的容许公差；

b)在使用工具几何尺寸的情况下模拟成形操作的工序步骤，以及计算出在该模拟之后所预期的部件的几何尺寸数据，

c)检查所预期的部件的几何尺寸数据是否落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内，

d)只要在步骤c)中确定所预期的部件的几何尺寸数据没有落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内，就修改工具几何尺寸数据并且产生修正的工具几何尺寸数据，然后采用修正的工具几何尺寸数据重新执行步骤b)和c)，

e)模拟在热作用下进行表面处理的工序步骤以及计算在该模拟之后所预期的部件的几何尺寸数据，

f)检查所预期的部件的几何尺寸数据是否落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内，

g)只要在步骤f)中确定所预期的部件的几何尺寸数据没有落入部件的标称几何尺寸数据的容许公差范围内，就修改部件的标称几何尺寸数据并且产生部件的修正几何尺寸数据，然后使用部件的修正几何尺寸数据代替部件的标称几何尺寸数据重新执行步骤b)至f)，

h)采用部件的修正几何尺寸数据以及修正的工具几何尺寸数据开始生产部件。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)之后和步骤d)之前，在采用部件的标称几何尺寸数据或者必要时其修正的几何尺寸数据以及采用工具的几何尺寸数据或者必要时其修正的工具几何尺寸数据的情况下，以部件的单件生产的形式进行第一次验证操作。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤f)之后和步骤h)之前，在采用部件的标称几何尺寸数据或者必要时其修正的几何尺寸数据以及采用工具几何尺寸数据或者必要时其修正的工具几何尺寸数据的情况下，以部件的单件生产的形式进行第二次验证操作。

4、根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，成形操作的实际的和模拟的工序步骤包括一个或多个下述类型的机加工技术：深冲、锻压、卷边、接合、预折边、最终折边。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在对成形操作的各工序步骤进行模拟期间，考虑各个在先工序步骤中得到的伸长分布、应力分布和板厚度分布。

6、根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在热作用下进行表面处理的实际和模拟工序步骤包括一个或多个下述类型的机加工技术：通过采用一种密封材料或卷边胶并使之预交联和/或硬化来进行卷边密封、电泳浸漆、炉内烘干。

7、根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，以如下方式提供所述部件的辅助几何尺寸数据代替所述部件的标称几何尺寸数据，即，当部件的该辅助几何尺寸在热加载期间产生变形时，由此形成的最终成品部件在尺寸和形状方面与标称几何尺寸的偏差被减小或者最小化。