汽車車身沖壓模具數字化開發與應用

陸　鵬（寧波工程學院機械學院,浙江　寧波　315000?。?/p>

汽車車身沖壓模具數字化開發與應用

陸鵬
（寧波工程學院機械學院,浙江寧波315000）

摘要：車身是汽車的標識性總成，代表著一款汽車的形象特征，而在汽車車身制造中，沖壓模具使其最重要的生產裝備。隨著汽車工業的蓬勃發展和市場競爭的日益激烈，要求汽車車身沖壓模具從各個方面都得到提升，以確保生產質量和效率，縮短產品開發周期，并達到控制成本的目標。本文首先介紹了汽車車身沖壓模具數字化開發特點和流程，然后對汽車行李箱外板模具數字化設計原則和數字化開發進行研究，以期探索更為高效、先進、便捷的汽車車身沖壓模具數字化開發路徑。

關鍵詞：汽車覆蓋件；沖壓模具；數字化開發

當今時代，汽車已成為人類社會活動中不可或缺的交通工具，汽車工業逐漸成為許多國家的支柱產業。由于沖壓模具在汽車車身的生產活動中具有優質、高效和節材節能特點，一方面能滿足汽車零件加工質量要求，另一方面還能使企業生產成本有所降低，生產效率顯著提高，所以在汽車制造領域中被廣泛應用，可以說，沖壓模具是汽車車身各個部分生產與制造的主要工藝裝備，對車身質量好壞起著決定性作用。沖壓模具的開發和制造是制約新產品開發的瓶頸，傳統的模具設計和開發顯然不能滿足汽車市場需求，在這樣的背景下，大力發展汽車沖壓模具數字化開發和快速模具制造技術具有深遠意義。其中，模具的數字化開發是模具數字化設計和加工的前提，可為產品快速相應汽車市場奠定基礎。

1　汽車車身沖壓模具數字化開發特點和流程

汽車車身沖壓模具數字化開發有以下特點：（1）主要基于模具實物并結合一系列建模手段構建模具數字化模型，直觀、快捷，引進新車型時可進行局部修改，三維模型可直接轉化為二維工程圖紙。（2）通過板料成形有限元模擬技術可實現對工件的可成形工藝性分析、預測缺陷、優化成形參數，有利于節約生產成本，縮短產品開發周期。（3）融合了計算機技術、圖形學、各種數值計算法、人工智能、板料塑性變形理論，并與實踐經驗相結合，保證了產品參數從設計階段到制造階段整個過程的一致性。

汽車車身沖壓模具數字化開發主要借助逆向工程技術，基于實物到圖紙的思想，首先，采用測量設備測量零件三維數據，得到零件可成形信息，獲取模具型面的三維信息；其次，根據零件具體工序特點建立產品工序數模，數字化分析，然后對數據點預處理，利用生成的圖表、曲線、成形數據等進行成形缺陷分析，找出缺陷產生原因；再次，以上述分析結果為依據修改設計，優化產品工序數模；最后，將處理后的數據輸入計算機，重構三維曲面，建立三維實體模型，最終形成模具三維幾何數字化模型。

2　汽車車身沖壓模具數字化開發技術應用

本節重點探討汽車行李箱外板的拉延模的設計原則和數字化開發。

汽車覆蓋件是表示汽車形象特征的沖壓件，其中行李箱外板屬于汽車覆蓋件的外覆蓋件，輪廓尺寸大，板料厚度小，形狀為B曲面，且輪廓內部帶有局部形狀，設計沖壓工藝時，要設計出拉深零件圖，然后進行拉深件圖設計，確定毛坯形狀和各部位尺寸，在此基礎上，制定沖壓工藝，給出模具設計方案。

關于汽車覆蓋件拉深件的設計，為順利實現拉伸成形過程，首先必須合理確定拉深方向，使凸模能進入凹模，且凸模能將工件需拉深部分在一次拉深中成形，避免存在死角；盡量減小拉深深度差，保證材料流動和變形分布的均勻性，見圖1；使毛坯與凸模之間有良好的初始接觸狀態，減少兩者的相對滑動，促進毛坯變形；使之有利于防止偏移線、顫動線等表面缺陷。

其次，合理確定壓料面，考慮以下幾方面：形狀應盡量簡單，以水平壓料面最為適宜，塑性變形較大時，可采用向內傾斜的壓料面；汽車覆蓋件成形時，各斷面上伸長變量要達到3%-5%時才能獲得較好的形狀凍結性，所以壓料面任一斷面曲線長度應小于拉深件內部相應斷面的曲線長度；壓料面應使成形深度盡量小，且各部分深度接近一致；考慮毛坯的可靠定位和送料、取件的方便性；對于覆蓋件有反成形形狀的，壓料面須高于反成形形狀最高點。

再次，在拉深件設計過程中，工藝補充是非常重要的一部分，主要指的是在沖壓件基礎上添加的那部分材料，它不僅影響拉深成形時的工藝參數和毛坯變形條件、變形量、變形分布、表面質量等，對后續工序也有影響，因而，應遵循內孔封閉補充、拉深件結構形狀簡單、毛坯塑性變形條件良好、外工藝補充盡量減小、利于后續工序等原則，科學制定工藝補充部分。

關于行李箱外板拉延模具的數字化開發，第一，對零件進行詳細分析，建立拉延數模，利用UG軟件將零件內孔封閉，接著就是外工藝補充和壓料面的制作。第二，產品拉延數模的數字化分析，可導出拉延數模并導入AutoForm，自動劃分網格，將數字化分析結果中具有代表性的十次結果列出，結合實際設計經驗獲得與要求相符合的行李箱外板拉延數模。在數字化分析過程中，應基于一定外板件分析經驗設置參數，保證參數可靠性。第三，根據拉深工序數模設計三維拉深模具。按照企業需求和工藝要求，可采用標準模架進行局部修改；對于凸模、凹模的設計，可根據工序數模進行剪裁，可利用數字化設計中的拉伸、偏置等直接進行細節設計；拉深結構采用單動結構，即凸模在下、凹模在上、壓邊圈套以凸模外。

在汽車覆蓋件數字化開發中需注意，汽車覆蓋件模具曲面造型好壞對后續有限元分析和曲面加工有直接影響，因而可采用能量法、回彈法、圓率法、最小二乘法等對構造的曲線、曲面進行光順處理：尋找壞點，修改其坐標值；粗光順處理，使曲線上各段曲率一致；精光順處理，使曲線各段曲率變化均勻。光順處理可通過重構曲面、生成過渡面的方法實現，控制點應盡量少，在空間應排列整齊有序。

3　結語

沖壓模具在汽車車身的生產活動中具有優質、高效和節材節能特點，一方面能滿足汽車零件加工質量要求，另一方面還能降低企

業生產成本，提高產品生產效率，所以在汽車制造領域中被廣泛應用，作為汽車車身制造最為重要的工藝裝備，其對車身質量好壞起著決定性作用。數字化技術改變了傳統板料成型特別是汽車沖壓件的設計過程，其中數字化開發是數字化技術的重中之重，汽車車身沖壓模具數字化開發主要是基于模具實物，通過實物三維掃描、曲面重構、三維實體建模等手段構建模具數字化模型，這是獲取汽車車身沖壓模具三維CAD模型和二維工程圖紙的主要途徑，是實現模具高精度修復和標準化成批生產和新模具開發的基礎，有利于節約生產成本，縮短模具生產周期，加快模具國產化進程，對于汽車工業的持續健康發展有著重要現實意義，應在實際生產中推廣應用。未來，需加強開發軟件的模塊化設計功能，尋找軟件運算速度和精度的平衡點，使沖壓模具數字化分析技術作用在汽車車身沖壓模具生產中得以充分發揮，為提高車身制造質量和效率提供可靠保障。

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作者簡介：陸鵬（1991-），男，浙江杭州人，本科，研究方向：機械模具。