汽车覆盖件模具设计探究

汽车覆盖件模具设计探究 摘要：汽车覆盖件结构特征明显，工艺结构简单，大多数汽车覆盖件都是通过冲压工艺实现。模具设计涉及材料、工艺、三维设计分析等技术。介绍了汽车车身冲压工艺冲压件的结构特征；研究了汽车车身的冲压工艺与模具设计环节的关键技术；并对模具磨损与寿命控制提出了相应措施，该技术通过实例应用取得良好的效果。汽车覆盖件模具设计对行业提供了参考。关键词：汽车车身；冲压工艺；模具设计0导言随着我国经济的不断发展，人们在日常生活中对汽车的需求量也越来越大1。汽车除了发动机、底盘、变速箱外，最复杂的制造环节应属于车身的冲压工艺与模具设计。由于国内汽车行业的高速发展，汽车更新换代的速度也持续加快，尤其是汽车车身的更新速度。汽车车身零件大多数都是由冲压形成，例如发动机箱盖、车门护板、挡泥板、车身内护板等。冲压件的成型质量与冲压模具的设计密切相关，因此，有必要在了解冲压工艺的基础上对冲压模具的设计进行深入的研究，保证汽车车身的质量。1汽车车身冲压工艺冲压工艺具有以下特点：用于形状复杂的薄壁零件，且经过冲压工序后零件的强度提高、质量变轻、刚度增大。冲压件表面光滑且具有较高的精度尺寸，可满足一般互换性要求，在同一批冲压件中可互相替换。简化了操作，提高了自动化程度。进行大批量生产时可有效节约成本，提高生产效率2。（1）冲压材料冲压工艺对冲压材料的要求极为严格，冲压用材料必须具有良好的延展性、塑性、弯曲性、凸缘拉伸性等性能。如果所选的材料与零件形状、冲压模具设计和加工条件不相适应时，将产生断裂、折皱、成型不完整（开裂、凸包、拉毛、波浪、回弹）等缺陷。目前，常用的冲压材料包括冷轧钢板、热轧钢板、表面处理钢板等材料3。（2）冲压工艺方案冲压工艺一般包括冲裁设计、切边设计、弯曲、翻遍等工序。各个工序阶段都有严格的工艺要求保证冲压的质量4。以汽车发动机箱盖为例，其冲压工艺如下：下料拉伸-切边、冲孔-竖边-翻边-压印、冲孔-检验；工艺流程为：拉伸-切割-整形-翻边-冲孔-切割-检验。正常工艺可能无法完成零件的加工，需要工艺补充。工艺补充的设计原则如下：内孔封闭的原则；简化拉伸件结构形状原则；保证良好的塑性变形条件，有些冲压件深度较浅、曲率较小，但轮廓尺寸较大（发动机箱盖），必须保证坯料在拉伸过程中具有足够的塑性变形量，才能保证冲压件满足形状精度要求和刚度要求；外工艺补充部分尽量小；方便后续工序加工的原则。（3）冲压件质量控制冲压件一般满足表面质量良好、复合加工要求的几何尺寸和形状、足够的强度与刚度以及良好的工艺性等要求6。保证冲压件冲压质量的方法有精度检验与外观检验两种。根据检验结果对冲压件采用如下方法进行修复：手工修整冲压零件、修补模具，改进模具的设计与制造方法等。（4）汽车覆盖件冲压关键工艺汽车覆盖件的冲压方向，如：拉延方向、修边方向、翻边方向、冲孔方向、非必要负角问题、空间曲线的修边线问题、非必要曲面孔问题、特征太密与结构突变问题、复杂曲面的圆角、转角、球面等问题。此外，翻孔的结构问题，正规孔和异型孔的翻孔结构的设计与冲压工艺有关，分为两序孔和三序孔，如没有功能要求应尽量采用拉延、冲孔的翻边结构。在覆盖件关键部位采用余料吸收结构设计，在一些容易起皱和拉裂的部位设计一些反向特征，减小由于起皱和拉裂引起的材料缺失等问题。最后，覆盖件的设计基准也影响模具的设计，模具通常根据设计基准保证基本拉延的拔模角。2模具设计技术2.1基于CAD/CAM的模具制造冲压件冲压的质量不仅取决于冲压工艺和冲压材料，更重要的是冲压模具的设计。随着CAD/CAM技术的成熟，模具的设计水平得到了极大提升，且随着五轴联动数控加工中心加工精度的提高，冲压模具的加工精度和复杂程度也可满足冲压模具设计的要求。一般来说，模具的制造工艺可分为粗加工、精加工、装配，其步骤如下：基准面切削加工；划线；机械加工（通用机床加工、仿形加工、特种加工）；精加工（曲面粗加工、模具研磨）；合模；模具装配。基于五轴加工中心的模具制造可实现复杂曲面的加工，通过CAD/CAM技术合理规划加工路径，结合数控加工中心的精密加工技术实现高精度模具的加工。经加工中心加工后的模具也必须通过磨削和抛光加工，最终保证模具表面的精度要求。通过高质量和高精度的模具降低后续模具制造的复杂程度，可以提高生产效率，促进冲压工艺的发展。2.2模具表面磨损及寿命控制模具表面磨损检测也是困扰技术人员的难题。目前国内检测模具磨损是根据冲压后成品表面的质量精度判断模具是否应该更换。但该方法不具有预测性，只能根据成品的质量判断模具的磨损情况，无法满足现场加工的要求。如图2、3所示，为由于模具磨损导致的产品问题。对于模具磨损及寿命控制，本文提出以下措施：（1）基于采集模具数据预测模具表面磨损和使用寿命。从新的模具安装完成后开始记录模具使用时间，在模具磨损超出使用范围时，记录模具的使用时间，通过对大量数据的记录，根据概率统计的方法统计分析模具磨损的规律，并在计算机中设置相应的阈值，超出阈值时，提示操作人员更换模具。（2）基于模具检测的反馈，对模具结构的关键型面进行定时检测，若检测值超出正常值时，说明模具磨损过度。模具磨损检测与控制对企业节约成本、避免浪费具有重要的意义。3工程应用实例上述工艺与模具磨损检测技术已应用于某汽车企业和多家模具制造公司，并取得了良好的效果。采用模具磨损检测技术后每个季度至少可以降低30%的不合格率，极大的降低了废品率，提高了企业的效益。图4为汽车模具制造现场。4结束语汽车车身冲压工艺与冲压模具的设计是影响汽车行业车型更新换代的关键技术，它不仅影响汽车更新的周期和研发的成本，也间接促进了新的冲压技术和模具设计技术的发展。尽管国内汽车行业发展迅速，但冲压工艺和模具设计与国外技术仍存在较大的差距，无法生产高端的汽车冲压件，严重阻碍了我国高端汽车行业的发展。对冲压工艺与冲压模具设计技术的研究对我国高端汽车行业的发展具有重要意义，借鉴国外先进技术，并不断投入研发人员，可以实现高端汽车车身冲压件的制造，打破国外技术垄断。参考文献：1李光耀，王琥，杨旭静，等.板料冲压成形工艺与模具设计制造中的若干前沿技术J.机械工程学报，2010，46（10）：31-39.2王立影，王芝斌.热冲压成形零件质量控制因素分析J.锻压技术，2010，35（2）：117-119.3史茂华.冲压模具设计过程中的关键要素J.汽车工艺与材料，2011（3）：44-58.4李奇涵.冲压成形工艺与模具设计M.北京：科学出版社，2012.5杨汉，刘安明，祝云.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用J.航空制造技术，2013（10）：48-51.6李洪庆.超高强钢汽车零件热成形工艺及模具设计准则研究D.武汉：华中科技大学，2013.7郭幼丹.高强度板热冲压成形模具设计J.热加工工艺，2011，40（7）：177-180.