攻克核心課題積極發展高端汽車沖壓模具

四川省宜賓普什驅動有限公司總經理助理 鄭萬全

我國汽車模具在近十年尤其是在2005年后的幾年時間里，汽車模具制造企業數量增加很多，行業固定資產得到快速投資。但從整個汽車模具行業來看，國內模具制造企業還不能滿足國內汽車生產企業的高端汽車模具需求，我國目前還繼續存在大量的高端汽車沖壓模具依賴進口的現狀。為此快速創新發展高端汽車沖壓模具，向國際高端企業看齊并實現技術領先是每一個汽車模具制造企業心中的一個美好夢想。

一輛普通轎車的生產需要近2000套模具，其中沖壓模具所占比例高于50%。而一輛新車的設計開發，九成的工作是在圍繞汽車車身的改變與美化而竭力進行。以下簡要介紹一下汽車模具企業奔向高端需要攻克的核心問題，以期積極發展高端汽車模具制造技術。

繼續科學運用三維設計，快速邁向汽車沖壓模具設計的參數化

國內汽車沖壓模具制造企業，積極吸取國際知名汽車模具企業（如豐田、通用、福特等）的先進經驗，企業創建之初就開始運用三維軟件進行設計，一方面方便了設計時的直觀干涉檢查，另一方面可進行一些運動分析。

高端汽車沖壓模具制造，從設計方面更需要模具的參數化設計，積極有效地結合軟件模板技術實現二次開發，形成企業固定的、標準化的設計參數、設計模板，實現參數全關聯并運用參數全驅動。即通過模具部件或者零件參數的變更，快速驅動CAE（沖壓成形過程的模擬技術）結果的變化、模具工藝的變更、模具結構的優化等。

沖壓成形過程模擬

夯實傳統低端沖壓模具制造技術，創新發展高品質的大型覆蓋件高端模具

低端的汽車沖壓模具，很多時候依靠了鉗工的手工技術。結合現代數控加工技術的發展，高端汽車沖壓模具制造企業務必需要配置大型龍門五面加工中心、大型龍門五軸加工中心、大型龍門三坐標測量設備以及先進的在線測量系統等。發展高端汽車模具制造技術，著重要求關注汽車沖壓零件中覆蓋汽車發動機、底盤、構成駕駛室和車身的薄鋼板異形體的表面零件（如發動機罩、前后圍板、散熱器罩、水箱罩以及車門內外板、側圍板、車頂、前后梁、后備箱、底盤）等，因為這些零件的模具結構比較難、尺寸比較大、質量要求特別高。這些模具的制造唯有較大行程、較高精度的加工設備以及大行程先進檢測設備的支撐，方能實現模具的質量、進度、成本等得到市場的一一認可。其加工機床行程一般要求在X軸4m、Y軸3m、Z軸1m以上，為此大型高端汽車覆蓋件模具需要大型龍門數控設備以及大型龍門三坐標測量設備的支撐。

大型龍門數控加工中心

后車門內板模具

激光切割生產覆蓋件

大型汽車覆蓋件模具制造所需的大型數控設備尤其大型龍門五軸聯動設備，目前70%以上均需要依賴進口。創新發展高品質的大型覆蓋件高端模具，務必發展數控加工設備以及檢測設備的開發能力，重點去研究開發4～5m的動梁式超重型龍門加工中心、大型三坐標、五軸聯動數控龍門加工中心，以及特別注重數控機床關鍵核心部件的研發，如高速精密電主軸、刀庫機械手、數控回轉工作臺、高速防護裝置、數控動力刀架和雙擺角銑頭等。同時還得注重數控機床數控系統的研發。

有效運用沖壓成形模擬技術，著力邁向全工序的有限元模擬分析

當前，CAE廣泛運用于汽車模具工藝開發過程中，CAE技術已成為必要環節，可預測成形缺陷、優化沖壓工藝布置，特別是拉伸模具工藝確認。CAE技術提高了模具設計的可靠性，減少了后續模具較大的更改機會，對減少試模時間起到了決定性的作用。國際上的知名軟件主要有美國ETA公司的Dynaform，法國ESI集團的PAM系列軟件，德國AutoForm工程股份有限公司的AutoForm等。

汽車模具的制造離不開有效的板成形模擬軟件，高端汽車模具更需要全工序的有限元模擬技術。借助板成形模擬軟件可提高高端汽車模具開發的成功率以及大大縮短高端汽車模具開發的制造周期。一方面可對汽車沖壓零件的可沖壓成形性進行仿真分析，判定成形的難點和容易出現沖壓質量缺陷的關鍵域；另一方面也可對汽車沖壓零件實現毛坯展開計算；其次還可對汽車模具結構和工藝方案的確認進行有選擇性和針對性的模擬分析，給汽車模具調試提供量化的分析判斷數據，并識別可行的調試方案以及向方案提供具體技術參數。總之，全工序的有限元模擬可對汽車模具結構和工藝方案進行反復優化以致多次模擬，可先于現場模具調試，對汽車模具設計的可行性和可靠性進行量化的分析和有效的判斷，及時優化與改進模具設計。

推進高強度鋼板熱成形技術，積極發展熱沖壓高端汽車模具

鑒于汽車的輕量化以及安全性、抗沖擊性能的持續高要求，對于高強度汽車機構鋼板零件的需求日益明顯。高強度汽車結構鋼板隨著強度的提高，其沖壓成形性能降低，尤其是當強度超過1000MPa時，特別是一些形狀復雜的零件，常規的冷沖壓工藝幾乎無法成形。超高強度汽車鋼板在室溫下一方面由于強度高，其塑性變形范圍很窄，所需的沖壓力大，沖壓時容易開裂；另一方面，其沖壓成形后零件的回彈增加，導致零件尺寸和形狀穩定性變差。為此，發展高端汽車模具制造技術，務必要去解決高強度鋼板零件的沖壓熱成形。

汽車零件熱沖壓成形技術是一項專門用于成形高強度鋼板沖壓件的新技術，可以成形強度高達1500MPa的沖壓件，且在高溫下成形幾乎沒有回彈，具有成形精度高、成形性能好等優點。目前，歐洲、美國、日本等各大汽車生產廠商已成功地將高強度鋼板熱成形技術廣泛應用于汽車構件的生產中，有效地提高了市場競爭力。其非常適合車門防撞桿，保險杠加強梁，A、B、C柱及門框加強梁等汽車零件的技術革新。

高強度板熱成形工藝流程

汽車零件熱沖壓成形技術核心包括連續加熱爐的均勻性以及氣體保護措施，板料在設定的冷卻速率下均勻冷卻成形的帶冷卻系統的模具技術及有效的溫控系統等。冷卻系統的設計既要滿足快速冷卻零件，以保證零件的強度；還要通過該冷卻系統迅速帶走每次熱沖壓后模具殘留熱量，以確保每次沖壓前模具初始條件相同，從而穩定沖壓質量及產品質量。另外，發展高強度鋼板熱成形CAE技術，也是發展高端汽車模具制造所必須的。

研究開發多工位級進模，提升汽車零件自動化沖壓生產

級進模

為了生產效率的不斷提高，更加提升自動化水平，同時為了滿足零件沖壓工藝及經濟性的需求，汽車中小零件往往都積極開發多工位級進模。多工位級進模可以完成零件多道沖壓工序，包括沖裁、彎曲、拉深和成形等，具有局部分離與連續成形結合。其模具務必具有高精度的導向和準確的定距系統，同時配備有自動送料、自動出件、安全檢測等裝置，但模具結構復雜，鑲塊很多，模具制造精度要求很高，制造和裝調難度很大，是技術密集型汽車模具的重要代表，是高端汽車模具的一個重要課題。