汽车车身冲压模具数字化开发与应用——科技论文

当今时代，汽车已成为人类社会活动中不可或缺的交通工具，汽车工业逐渐成为许多国家的支柱产业。由于冲压模具在汽车车身的生产活动中具有优质、高效和节材节能特点，一方面能满足汽车零件加工质量要求，另一方面还能使企业生产成本有所降低，生产效率显著提高，所以在汽车制造领域中被广泛应用，可以说，冲压模具是汽车车身各个部分生产与制造的主要工艺装备，对车身质量好坏起着决定性作用。冲压模具的开发和制造是制约新产品开发的瓶颈，传统的模具设计和开发显然不能满足汽车市场需求，在这样的背景下，大力发展汽车冲压模具数字化开发和快速模具制造技术具有深远意义。其中，模具的数字化开发是模具数字化设计和加工的前提，可为产品快速相应汽车市场奠定基础。

一、汽车车身冲压模具数字化开发特点和流程

汽车车身冲压模具数字化开发有以下特点：①主要基于模具实物并结合一系列建模手段构建模具数字化模型，直观、快捷，引进新车型时可进行局部修改，三维模型可直接转化为二维工程图纸。②通过板料成形有限元模拟技术可实现对工件的可成形工艺性分析、预测缺陷、优化成形参数，有利于节约生产成本，缩短产品开发周期。③融合了计算机技术、图形学、各种数值计算法、人工智能、板料塑性变形理论，并与实践经验相结合，保证了产品参数从设计阶段到制造阶段整个过程的一致性。

汽车车身冲压模具数字化开发主要借助逆向工程技术，基于实物到图纸的思想，首先，采用测量设备测量零件三维数据，得到零件可成形信息，获取模具型面的三维信息；其次，根据零件具体工序特点建立产品工序数模，数字化分析，然后对数据点预处理，利用生成的图表、曲线、成形数据等进行成形缺陷分析，找出缺陷产生原因；再次，以上述分析结果为依据修改设计，优化产品工序数模；最后，将处理后的数据输入计算机，重构三维曲面，建立三维实体模型，最终形成模具三维几何数字化模型。

二、汽车车身冲压模具数字化开发技术应用

本节重点探讨汽车行李箱外板的拉延模的设计原则和数字化开发。

汽车覆盖件是表示汽车形象特征的冲压件，其中行李箱外板属于汽车覆盖件的外覆盖件，轮廓尺寸大，板料厚度小，形状为B曲面，且轮廓内部带有局部形状，设计冲压工艺时，要设计出拉深零件图，然后进行拉深件图设计，确定毛坯形状和各部位尺寸，在此基础上，制定冲压工艺，给出模具设计方案。

关于汽车覆盖件拉深件的设计，为顺利实现拉伸成形过程，首先必须合理确定拉深方向，使凸模能进入凹模，且凸模能将工件需拉深部分在一次拉深中成形，避免存在死角；尽量减小拉深深度差，保证材料流动和变形分布的均匀性，见图1；使毛坯与凸模之间有良好的初始接触状态，减少两者的相对滑动，促进毛坯变形；使之有利于防止偏移线、颤动线等表面缺陷。

注：a深度差较大，材料流动性差，按照所示点划线改变深度方向后变为b，使两侧深度差变小，材料流动和变形差会由此减小，利于成形

图1 拉深深度和拉深方向

其次，合理确定压料面，考虑以下几方面：形状应尽量简单，以水平压料面最为适宜，塑性变形较大时，可采用向内倾斜的压料面；汽车覆盖件成形时，各断面上伸长变量要达到3%-5%时才能获得较好的形状冻结性，所以压料面任一断面曲线长度应小于拉深件内部相应断面的曲线长度；压料面应使成形深度尽量小，且各部分深度接近一致；考虑毛坯的可靠定位和送料、取件的方便性；对于覆盖件有反成形形状的，压料面须高于反成形形状最高点。

再次，在拉深件设计过程中，工艺补充是非常重要的一部分，主要指的是在冲压件基础上添加的那部分材料，它不仅影响拉深成形时的工艺参数和毛坯变形条件、变形量、变形分布、表面质量等，对后续工序也有影响，因而，应遵循内孔封闭补充、拉深件结构形状简单、毛坯塑性变形条件良好、外工艺补充尽量减小、利于后续工序等原则，科学制定工艺补充部分。

关于行李箱外板拉延模具的数字化开发，第一，对零件进行详细分析，建立拉延数模，利用UG软件将零件内孔封闭，接着就是外工艺补充和压料面的制作。第二，产品拉延数模的数字化分析，可导出拉延数模并导入AutoForm，自动划分网格，将数字化分析结果中具有代表性的十次结果列出，结合实际设计经验获得与要求相符合的行李箱外板拉延数模。在数字化分析过程中，应基于一定外板件分析经验设置参数，保证参数可靠性。第三，根据拉深工序数模设计三维拉深模具。按照企业需求和工艺要求，可采用标准模架进行局部修改；对于凸模、凹模的设计，可根据工序数模进行剪裁，可利用数字化设计中的拉伸、偏置等直接进行细节设计；拉深结构采用单动结构，即凸模在下、凹模在上、压边圈套以凸模外。

在汽车覆盖件数字化开发中需注意，汽车覆盖件模具曲面造型好坏对后续有限元分析和曲面加工有直接影响，因而可采用能量法、回弹法、圆率法、最小二乘法等对构造的曲线、曲面进行光顺处理：寻找坏点，修改其坐标值；粗光顺处理，使曲线上各段曲率一致；精光顺处理，使曲线各段曲率变化均匀。光顺处理可通过重构曲面、生成过渡面的方法实现，控制点应尽量少，在空间应排列整齐有序。

三、结语

冲压模具在汽车车身的生产活动中具有优质、高效和节材节能特点，一方面能满足汽车零件加工质量要求，另一方面还能降低企业生产成本，提高产品生产效率，所以在汽车制造领域中被广泛应用，作为汽车车身制造最为重要的工艺装备，其对车身质量好坏起着决定性作用。数字化技术改变了传统板料成型特别是汽车冲压件的设计过程，其中数字化开发是数字化技术的重中之重，汽车车身冲压模具数字化开发主要是基于模具实物，通过实物三维扫描、曲面重构、三维实体建模等手段构建模具数字化模型，这是获取汽车车身冲压模具三维CAD模型和二维工程图纸的主要途径，是实现模具高精度修复和标准化成批生产和新模具开发的基础，有利于节约生产成本，缩短模具生产周期，加快模具国产化进程，对于汽车工业的持续健康发展有着重要现实意义，应在实际生产中推广应用。未来，需加强开发软件的模块化设计功能，寻找软件运算速度和精度的平衡点，使冲压模具数字化分析技术作用在汽车车身冲压模具生产中得以充分发挥，为提高车身制造质量和效率提供可靠保障。

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本文来源：http://www.zzqklm.com/w/kj/10798.html  《山东工业技术》