汽車覆蓋件模具工藝前期流程的優(yōu)化設(shè)計策略分析

肖志余

摘 要：文章通過對汽車覆蓋件模具工藝前期流程的優(yōu)化設(shè)計，使汽車覆蓋件模具工藝前期流程更加科學(xué)合理，提高汽車覆蓋件模具的整體性能和使用壽命，同時也能為其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件模具工藝 前期流程 優(yōu)化設(shè)計

1 引言

目前，我國汽車產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展時期，在此期間，汽車覆蓋件的制造技術(shù)也得到了顯著提高，并對汽車產(chǎn)品的質(zhì)量起到了積極作用。在實際生產(chǎn)過程中，汽車覆蓋件模具工藝前期流程的優(yōu)化設(shè)計非常重要。在實際生產(chǎn)過程中，若對工藝前期流程進行優(yōu)化設(shè)計，將有效提升生產(chǎn)效率及質(zhì)量，并為后續(xù)的生產(chǎn)打下堅實基礎(chǔ)。

2 汽車覆蓋件模具工藝前期流程概述

2.1 工藝性分析

工藝性分析是根據(jù)用戶需求分析產(chǎn)品的工藝方案，包括沖壓方向、沖壓性、材料要求、精度要求等，主要確定產(chǎn)品的工藝方案。該階段主要是針對最終產(chǎn)品的工藝方案進行討論，以確定最終的產(chǎn)品工藝方案，通常在該階段會由設(shè)計工程師和工藝工程師共同完成。首先沖壓方向。主要確定沖壓方向，包括板料成型面及拉延后產(chǎn)品成形面。對于板料成型面，需要確定拉延筋位置、拉延筋高度等參數(shù)，以確定最終產(chǎn)品拉延面形狀及尺寸，對于拉延后產(chǎn)品成形面，需要確定后續(xù)工序是否需要翻邊或拉延，以確定后續(xù)工序的沖孔、拉邊、翻邊等尺寸及位置。其次材料要求。該階段需要明確產(chǎn)品材料要求及材質(zhì)特性，包括材料厚度、硬度、強度等特性要求。最后精度要求，該階段需要明確產(chǎn)品的精度要求，包括尺寸精度、形狀精度、表面質(zhì)量等。該階段需要完成對沖壓方向、拉延筋位置和高度的確定以及拉延后產(chǎn)品成形面形狀及尺寸的確定，通過以上工藝性分析過程，確定最終產(chǎn)品工藝方案。

2.2 初步工藝設(shè)計

在汽車覆蓋件模具初步工藝設(shè)計階段，需要開展的工作主要包括零件工藝性分析、初步工藝設(shè)計。汽車覆蓋件模具初步工藝設(shè)計是一項很重要的工作，其主要目的是在不增加模具復(fù)雜度的情況下，保證零件的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，其主要工作內(nèi)容如下：第一步制定沖壓工藝方案。根據(jù)工藝要求，結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點，確定零件的沖壓方案，根據(jù)確定的沖壓工藝方案，結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點，制定模具工藝路線，根據(jù)沖裁方案，選擇沖裁成形刀具、模具材料和設(shè)備，確定沖裁成形方法等。第二步制定工序排樣和壓料面設(shè)計方案。根據(jù)沖壓工藝方案、沖壓設(shè)備和模具材料等條件，制定工序排樣和壓料面設(shè)計方案。第三步編制排樣圖和工藝卡。根據(jù)工序排樣圖，編制零件的排樣圖和工藝卡，確定沖模分塊和零件各部分的材料及尺寸等技術(shù)條件。第四步繪制模具三維圖紙。根據(jù)初步工藝設(shè)計階段編制的工序排樣圖及工藝卡，繪制模具三維圖紙。第五步編寫工藝卡。根據(jù)沖壓工藝方案及模具加工技術(shù)條件編制工藝卡。第六步提交初步工藝設(shè)計階段所需文件及圖紙等相關(guān)資料。在該階段主要是對零件的工藝性進行分析，確定產(chǎn)品的可行性及設(shè)計方案是否合理等問題。在完成零件工藝分析后，工藝人員需要對零件的工藝性分析進行評審。工藝評審的主要內(nèi)容包括是否需要進行翻邊、拉深、整形、切邊等工序；是否需要增加或減少某些工序，如沖裁后的倒角、拉深筋等；是否需要更改某些工藝參數(shù)或改變某些工序，如修邊或拉深筋等；是否需要改變零件的外形，如更換側(cè)邊加強板等；是否需要改變某些零件的成形方式，如彎曲成形或沖壓成形等；是否需要添加或減少某些工藝裝備，如壓料芯、翻邊件等；是否需要更改毛坯材料及熱處理工藝等；是否需要更改模具結(jié)構(gòu)設(shè)計；是否需要增加零件的尺寸公差，或修改相應(yīng)的尺寸公差要求。

2.3 模具設(shè)計評審

模具設(shè)計評審主要包括模具設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，零件與模具裝配關(guān)系的合理性，以及模具制造工藝性等。模具設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性是指模具結(jié)構(gòu)必須能滿足工藝要求，滿足生產(chǎn)和制造的需要，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、低成本的目的。在進行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)考慮以下問題零件上各加工部位之間的裝配關(guān)系是否合理；沖壓設(shè)備和工藝裝備是否滿足模具設(shè)計要求；模具所用材料是否達(dá)到使用要求；模具制造材料和工裝結(jié)構(gòu)是否滿足生產(chǎn)制造的要求；模架和夾具結(jié)構(gòu)是否合理，能滿足生產(chǎn)需求。工藝人員在完成零件工藝分析后，對工藝文件進行詳細(xì)的分析和整理，形成相應(yīng)的工藝性報告。

2.4 特殊情況

汽車覆蓋件模具在設(shè)計階段時，需考慮工藝方案的合理性，否則會造成工藝設(shè)計不合理，甚至無法制造，因此在初步工藝設(shè)計時要盡可能保證工藝方案的合理性。汽車覆蓋件模具在生產(chǎn)過程中需要進行調(diào)試，調(diào)試是將模具在加工時遇到的各種問題及缺陷進行解決，以便順利進行下一步的生產(chǎn)。調(diào)試過程中還需要對模具的制造精度進行檢驗，保證產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求，因此在模具制造過程中需對整個生產(chǎn)過程進行嚴(yán)格控制。

3 汽車覆蓋件模具工藝前期流程的優(yōu)化設(shè)計策略

3.1 合理設(shè)計沖壓方向

沖壓方向好壞直接關(guān)系到?jīng)_壓成形效果。沖壓方向設(shè)計時，要使沖壓方向與模具工作狀態(tài)相吻合，保證沖壓件與模具的相對位置關(guān)系。首先要保證凸模和凹模的相對位置，通常情況下，對于沖壓方向較大的沖壓件，應(yīng)優(yōu)先設(shè)計凸模與凹模之間的相對位置，避免由于兩者之間的相對位置不吻合而出現(xiàn)沖壓過程中，因零件與模具相對位置不匹配而出現(xiàn)起皺、毛刺等問題。對于沖壓方向較小的沖壓件，可以設(shè)計凸模與凹模之間的相對位置，也可以通過減小凸模刃口、增大凹模刃口面積等方式來提高模具的沖壓效果。例如凸模，凸模是沖壓過程中將沖孔和拉深所需的部分材料，通過凸模的導(dǎo)向作用，使材料與模具上的凹模或其他部件產(chǎn)生相對運動，以完成沖壓動作。凸模是沖孔和拉深成形必不可少的模具結(jié)構(gòu)，在沖孔過程中，凸模直接與工件接觸，材料變形時凸模與工件之間會產(chǎn)生摩擦、阻力，從而影響到工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。因此，在設(shè)計凸模時要考慮凸模與工件之間的相對位置。對于矩形孔的沖壓件來說，其凸模采用四刃圓角銼或六刃圓角銼設(shè)計成整體刃口形狀。為保證凸模刃口尺寸和精度，凸模刃口為整體倒圓角。沖孔時，如果沖孔方向與沖床行程方向一致，則采用整體式凸模刃口。若沖孔孔向外偏斜或沖床行程方向與沖孔面不垂直時，則采用局部倒圓角。在設(shè)計凸模時，應(yīng)根據(jù)沖孔和拉深件的尺寸要求以及零件形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量等方面的要求進行綜合考慮，其設(shè)計應(yīng)遵循以下原則，如保證工件的位置精度、保證凸模和凹模之間有足夠的間隙，防止工件在沖壓過程中產(chǎn)生彎曲變形、保證凹模有足夠的強度和剛度，防止發(fā)生變形、滿足沖裁零件時模具結(jié)構(gòu)強度要求。在設(shè)計凹模時，應(yīng)避免由于凸模尺寸過小而使沖裁力過大，使零件發(fā)生起皺、劃傷等問題，也不應(yīng)因為凹模刃口太尖而使沖裁力過大，造成工件出現(xiàn)彎曲變形，讓加工質(zhì)量和硬度符合要求，防止產(chǎn)生崩刃、崩角等問題，可以根據(jù)零件的要求和材料特性選擇。

3.2 建立合理的壓料面

在沖壓汽車覆蓋件模具的過程中，通過合理的壓料面能夠使坯料成形更加穩(wěn)定，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在沖壓過程中，壓料面的選擇和設(shè)計十分重要，是決定產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素之一。在實際生產(chǎn)中，沖壓壓力越大，坯料成形就越穩(wěn)定。在設(shè)計汽車覆蓋件模具工藝前期流程時，要對壓料面進行充分考慮，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、成本等因素來選擇合適的壓料面。在設(shè)計沖壓壓力時，要考慮到?jīng)_壓件形狀、坯料尺寸和材料厚度等因素。例如，如果坯料厚度大于1 mm或坯料較小、材料較厚時，可以使用大壓力來完成沖壓件成型；如果坯料厚度小于1 mm或坯料較厚、材料較薄時，就不能使用大壓力進行沖壓件成型。如果采用較小的壓力進行沖壓件成型時，容易出現(xiàn)起皺、破裂等現(xiàn)象。在實際生產(chǎn)過程中，由于不同類型的汽車覆蓋件模具其產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率也有所不同。在進行汽車覆蓋件模具工藝前期流程設(shè)計時，要對零件的形狀和尺寸等因素進行充分考慮。在實際生產(chǎn)中，要根據(jù)不同類型的汽車覆蓋件模具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和要求來進行工藝前期流程設(shè)計。如果產(chǎn)品質(zhì)量較差或生產(chǎn)效率較低時，可以使用小壓料面；如果產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都較好時，可以采用大壓料面。

3.3 加強模具前期設(shè)計工作

在汽車覆蓋件模具工藝前期流程中，需要對具體的工藝進行規(guī)劃和設(shè)計，從而為后續(xù)工作的開展奠定基礎(chǔ)。在汽車覆蓋件模具工藝前期流程中，需要加強模具設(shè)計工作，使汽車覆蓋件模具與實際生產(chǎn)條件相符合，使汽車覆蓋件模具更具有實用性。在進行汽車覆蓋件模具設(shè)計時，要遵循一定的原則和規(guī)范，使汽車覆蓋件模具滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求，提高汽車覆蓋件模具的整體性能，延長其使用壽命。

3.4 做好回彈模擬計算

在實際生產(chǎn)過程中，由于受到多方面因素的影響，會導(dǎo)致汽車覆蓋件出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，且回彈現(xiàn)象對于汽車覆蓋件的影響是非常大的。因此，在實際生產(chǎn)過程中，需要對回彈現(xiàn)象進行模擬計算，并根據(jù)實際情況進行合理控制。在實際計算過程中，需要先將板料進行網(wǎng)格劃分，然后再利用有限元軟件對板料進行模擬計算。通過對回彈模擬計算結(jié)果的分析可知，汽車覆蓋件模具工藝前期流程中的回彈模擬計算是非常重要的。在實際生產(chǎn)過程中，需要不斷地調(diào)整工藝前期流程，并在此基礎(chǔ)上對相關(guān)參數(shù)進行合理控制，從而減少或避免汽車覆蓋件模具工藝前期流程中的回彈現(xiàn)象。可以利用有限元軟件對板料進行模擬計算，保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在實際生產(chǎn)過程中，需要根據(jù)汽車覆蓋件模具工藝前期流程的要求，對板料網(wǎng)格劃分進行合理選擇。在這一過程中，需要根據(jù)實際情況選擇合理的網(wǎng)格劃分方式，從而保證板料網(wǎng)格劃分的有效性。在此基礎(chǔ)上，需要保證計算結(jié)果的可靠性。通過對回彈量與壓邊力之間關(guān)系的分析可知，在汽車覆蓋件模具工藝前期流程中，需要根據(jù)回彈量與壓邊力之間的關(guān)系進行合理控制。因此，在此基礎(chǔ)上，需要根據(jù)實際情況對回彈量與壓邊力之間關(guān)系進行合理控制。

3.5 明確網(wǎng)格粗分細(xì)化

在對汽車覆蓋件模具進行工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計時，首先應(yīng)明確網(wǎng)格粗分細(xì)化的目的，并根據(jù)相關(guān)規(guī)定對網(wǎng)格進行相應(yīng)的細(xì)化。在對汽車覆蓋件模具進行工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計時，必須確保工藝前期流程中的各環(huán)節(jié)都能夠順利完成，并提升零件表面質(zhì)量。因此，在明確網(wǎng)格粗分細(xì)化的目的后，還需要對相關(guān)工藝參數(shù)進行詳細(xì)的設(shè)計，例如：拉延筋、凸模和凹模等。通過明確各工藝參數(shù)，可為后續(xù)工作提供參考依據(jù)。例如在對汽車覆蓋件模具進行工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計時，需要明確拉延筋等參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)制定出合理的工藝參數(shù)。例如：拉延筋直徑為20 mm、高度為120 mm、厚度為5 mm，并在此基礎(chǔ)上確定出拉延筋的高度和直徑等。通過明確這些參數(shù)，可確保拉延筋等能夠順利安裝到相應(yīng)的模具中。在對汽車覆蓋件模具進行工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計時，還需對模具進行整體結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計。在確定好各個工序間的關(guān)系后，再對模具整體結(jié)構(gòu)進行全面的分析和設(shè)計。

3.6 合理選擇設(shè)計軟件

目前，我國已經(jīng)出現(xiàn)了多種覆蓋件模具工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計軟件，但其并不是非常完善，因此在選擇設(shè)計軟件時一定要綜合考慮汽車覆蓋件模具工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計的實際需求，并選擇合適的設(shè)計軟件。例如，在進行汽車覆蓋件模具工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計時，若需要對汽車覆蓋件進行拉伸成形，則可選擇 UG軟件。因為 UG軟件具有較高的數(shù)據(jù)處理能力，可實現(xiàn)對沖壓成形過程中出現(xiàn)的各種問題進行快速有效解決。CAE軟件可以有效地將汽車覆蓋件模具工藝前期流程中出現(xiàn)的各種問題進行模擬分析，并將分析結(jié)果準(zhǔn)確地反饋給設(shè)計人員，從而實現(xiàn)對設(shè)計過程的有效控制。在對汽車覆蓋件模具進行工藝前期流程優(yōu)化設(shè)計時，需對各工序間的關(guān)系進行全面分析，以確保汽車覆蓋件模具能夠順利完成各個工序。通常情況下，應(yīng)將各工序間的關(guān)系確定為以下幾點，如確定好沖壓件和凹模的位置關(guān)系、將各工序間的間隙關(guān)系確定為零件側(cè)壁的間隙應(yīng)保持在0～0.5 mm，凸模與凹模之間的間隙應(yīng)保持在0～0.2 mm、將沖孔、拉延和彎曲等工序間的關(guān)系確定為：沖孔和拉延等工序之間的間隙應(yīng)保持在0～0.6 mm。

4 結(jié)束語

總而言之，汽車覆蓋件是汽車生產(chǎn)中不可缺少的一部分。覆蓋件產(chǎn)品在整個模具開發(fā)流程中占比較大，與其他模具相比，覆蓋件模具開發(fā)流程相對比較復(fù)雜，尤其是前期流程，包括零件工藝性分析、零件初步工藝設(shè)計、零件工藝評審等，并列舉了汽車覆蓋件工藝前期需要開展的工作及對應(yīng)的工作內(nèi)容。因此生產(chǎn)人員需要對其進行分析，了解該流程特點，結(jié)合實際情況進行優(yōu)化，提高該流程整體水平，為后續(xù)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

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