汽車車身沖壓工藝與模具要點技術分析

覃丕堅

（柳州凌云汽車零部件有限公司 廣西柳州 545006）

汽車車身沖壓工藝與模具要點技術分析

覃丕堅

（柳州凌云汽車零部件有限公司 廣西柳州 545006）

隨著社會的不斷發展，汽車已經成為了我們生活中不可或缺的主要交通工具，汽車產業也成為許多國家的支柱產業。汽車車身沖壓工藝與模具技術成為了制約汽車新產品制造的瓶頸，傳統的工藝與模具設計已經不能很好的滿足汽車市場的需求。本文將對汽車車身沖壓工藝與模具設計要點技術進行分析，以期改進汽車車身沖壓工藝與模具設計，提高汽車產業的制造效率和質量。

汽車車身；沖壓工藝；模具要點技術

1 引言

汽車制造技術中的一個重要組成部分就是汽車車身的沖壓成型技術。有些國際汽車產業的同行甚至認為汽車制造技術中沖壓成型技術和相應的焊接技術的競爭就是汽車技術競爭的實質。雖然這樣的觀點沒有被完全認同，但這從另一個側面也說明了沖壓成型技術對于汽車制造的重要性。汽車車身的金屬件絕大部分都是沖壓件，而且相對于底盤和發動機的更新換代，汽車車身的更新換代更為迅速。因此，在汽車產品的開發制造過程中，沖壓成型技術不僅會影響到汽車的制造周期，也會對汽車成品的品質產生影響，從而對汽車的綜合競爭力產生很大的影響。

2 汽車車身沖壓工藝

汽車沖壓模具技術的核心就是汽車車身沖壓工藝，汽車沖壓工藝的好與壞將會直接的影響到汽車產品的質量和周期。很長一段時間以來，汽車的沖壓工藝都是經驗總結來的，這也就出現了對于同一個汽車零件不同的人會有不同的工藝方案的情況，并且在設計階段，往往無法評價每個方案的好與壞，而到了調試階段又已經無法進行比較。這種情況一方面說明了汽車工藝方案沒有惟一性；同時，也從另一方面說明了汽車工藝方案缺乏可控的標準，汽車產品的質量沒有保障。因此，在汽車的沖壓模具技術中如何實現沖壓工藝的控制和規范已經成為了最為重要的一個問題，汽車產業要實現規模化生產就必須要解決這個難題。汽車覆蓋件的沖壓模具有許多類型，一個車型就有300～400個左右的沖壓件，這些沖壓件按制件的特征大概可以分為幾十種類型。一般每個制件影響沖壓工藝的難點只有幾處，所以可以根據這樣的難點特征進行分類并建立知識庫，再通過應用KBE技術和人工交互技術，開發智能的汽車沖壓工藝分析系統，借助軟件技術實現標準優化的工藝結果。汽車車身沖壓工藝技術的應用可以打破汽車制造中的經驗障礙，讓那些稍微接觸沖壓技的人也可以完成這些工作。

2.1 車身零件設計工藝

在汽車制造過程中，除了車身沖壓工藝的經驗之外，車身零件自身設計的問題也對沖壓工藝產生的影響。汽車產品的設計不僅要滿足功能、美觀等要求，還要滿足汽車產品的制造工藝性與制造成本。國外大多數實力強勁的汽車公司都會有自己的車身沖壓工藝部門，在車身設計階段對于汽車產品進行制造工藝分析并提供改進的建議。如果是需要進行車型的變型設計，還會把以前存在的問題反饋到這一次更改中，這樣可以大大降低汽車車身模具的開發難度。相比于國外的大型汽車企業，國內的一些汽車制造公司在汽車車身設計中會有較多的沖壓工藝問題遺留，等到數模封版的時候，存在許多復雜的更改流程，更改難度很大，這樣不僅會影響汽車的開發周期，還可能會留下質量安全隱患。因此，在如今的汽車車身模具開發中，車身設計階段的沖壓工藝性分析已經變得越來越重要。作為模具開發的前端技術，汽車車身沖壓工藝要不斷的融入車身設計過程，實現模具企業，汽車公司與設計公司的互利共贏。

2.2 沖壓CAE輔助工藝

CAE技術應用于汽車沖壓模具領域是模具行業技術的一個重要的里程碑。現在大部分的沖壓CAE軟件一般都是根據有限元理論開發出來的，AUTOFORM、DYNAFORM和PAMSTAMP等都是目前比較流行的軟件。隨著CAE軟件在模具行業的不斷推廣應用，其功能得到不斷的完善加強，目前大多數的軟件都可以完成修邊，翻邊，拉伸，整型以及回彈等過程的仿真計算分析。汽車車身沖壓CAE輔助工藝的應用主發揮以下四點功能：①可以建立基于CAE分析結果的沖壓工藝標準評判體系，是控制沖壓工藝的重要依據；②能夠結合沖壓工藝經驗，將CAE的分析結果與知識工程相結合，可以優化沖壓工藝；③與沖壓調試的實際測量相結合，作為輔助調試的參考依據；④CAE分析工藝控制有足夠的裕度，可以提高實際沖壓條件的適用能力。

3 模塊化模具設計技術

雖然汽車車身零件各式各樣，但同一類型的零件如汽車車門等在大小尺寸以及結構特征上一般都很接近。可以對如拉延模等模具的結構特征進行分析，將模具劃分為成型工作部件，模具模架和基礎件等幾個模塊，然后根據復雜程度的不同采用不同的制造方法，并行制造汽車零件，這樣可以很大程度上加快汽車的設計制造速度。對汽車車身零件根據不同特點進行分類，建立常用的汽車車身件模具模架庫，不但使得汽車設計制造的工作量大大減少，還可以降低汽車的設計制造成本。

3.1 模具結構設計

CAD軟件技術的不斷發展，極大的推動了參數化三維設計在模具領域的廣泛應用。沖壓模具領域目前常用的三維CAD軟件有CATIA、UG等，都具有很強的參數化功能，可以很好的滿足汽車行業規模化模具生產的要求，對提高模具結構的設計速度以及縮短設計周期也發揮了很大的作用。可以通過CAD軟件，對各種類型的沖壓模具結構的特征進行分析，開發模板化設計系統，減少重復的結構設計，這樣可以顯著的提高設計速度。由于模具結構設計具有單一性，我們不可能開發出一個萬能的模板化系統，因此，我們要通過采用關聯的參數化局部結構，把模具的設計過程變成局部的參數化結構的累積過程，以軟件布爾的運算形式實現模具的設計。

3.2 模具質量控制

汽車車身模具設計中的還有一個難題就是模具的質量控制。模具的設計過程包括四個部分，即模具設計，實物驗證，修改設計，正式制造。但是，在實際的制造過程中，由于制造周期和制造成本的問題，往往會把實物驗證與正式制造合為一個環節，這也就會造成了實際生產中出現各種各樣的問題，嚴重影響了汽車制造周期，打亂整個汽車生產計劃。可以通過運用先進的數字化手段把“實物驗證”變成“數字驗證”。方法如下：①設計方法規范化，規范個人的設計習慣，避免由于設計方法的不規范帶來異常問題；②嚴格控制質量，嚴格校審；③應用先進的數字化軟件技術，有針對的校核。如研發CAD軟件功能模塊，自動進行干涉檢查；應用有限元軟件以進行結構強度分析；借助機構運動仿真軟件對模具和沖壓線的動態運動進行分析；借助刀具運動仿真軟件對加工性進行分析等。

4 汽車車身沖壓工藝與模具關鍵技術研究

汽車車身的輕量化成形工藝已經成為了目前汽車行業的研發新熱點。有汽車專家預測在未來數幾年里汽車的自身重量比目前還要減輕20%以上。發達國家在汽車材料以及成形技術的開發應用方面進行了更為深入的研究，越來越多的汽車制造公司通過使用鋁合金和鎂合金等代替鋼鐵，以達到汽車重量減重的目標。另外，在承受沖擊時鋁材可以比鋼材多吸收50%左右的沖擊能量，這樣也可以更多的減少安全問題的出現。鎂合金不僅可以滿足汽車輕量化的要求，還具有容易加工、便于回收、利于環保等優點，因此鎂合金在現代汽車制造中得到了越來越多的應用。輕質材料的廣泛應用將會對汽車結構的改善發揮重要的影響，汽車的質量有可能下降到目前的1/2以上。預計未來幾年，適合于鋁鎂等輕質材料的車身沖壓工藝CAD以及汽車沖壓件成形技術將會得到很快的發展完善。

關于汽車輕量化的車身成形工藝與模具技術的探討，在理論方面，對鋁鎂合金等輕金屬的大幅度彈塑性變形本構關系及參數進行進一步的研究分析；在工藝方面，對鋁鎂合金的沖壓起皺，回彈，拉裂規律以及毛坯反求等問題進一步深入研究；模具制造方面，找到快速制造模具毛坯的方法，開發具有快速精密加工與精密測量能力的裝備，研究與鎂鋁合金配套的沖壓工藝技術。

5 結束語

在汽車制造過程中汽車車身沖壓工藝與模具制造占有絕對的主導地位，隨著生活水平的不斷提高，人們對汽車質量的越來越高，汽車的多樣化是未來的一大趨勢。未來的汽車制造過程中，能量節約，材料耗損，以及外型美觀等方面都有很大的潛力。汽車市場的競爭也會越來越激烈，因此，需要不斷地提高汽車車身沖壓工藝與模具技術，這樣才能在激烈的市場中競爭中贏得勝利，創造良好的經濟效益和社會效益。

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[4]肖祥芷.沖壓工藝與模具計算機輔助設計.北京：國防工業出版杜，1996.

[5]廖代輝，沈陽.基于進化算法的沖壓模具型面參數優化[J].汽車工程，2008.

TG385

A

1004-7344（2016）18-0265-02

2016-6-12

覃丕堅（1986-），男，大專，主要從事汽車零部件制造工作。