汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)與應(yīng)用——科技論文

當(dāng)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(yè)逐漸成為許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)。由于沖壓模具在汽車車身的生產(chǎn)活動中具有優(yōu)質(zhì)、高效和節(jié)材節(jié)能特點，一方面能滿足汽車零件加工質(zhì)量要求，另一方面還能使企業(yè)生產(chǎn)成本有所降低，生產(chǎn)效率顯著提高，所以在汽車制造領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，可以說，沖壓模具是汽車車身各個部分生產(chǎn)與制造的主要工藝裝備，對車身質(zhì)量好壞起著決定性作用。沖壓模具的開發(fā)和制造是制約新產(chǎn)品開發(fā)的瓶頸，傳統(tǒng)的模具設(shè)計和開發(fā)顯然不能滿足汽車市場需求，在這樣的背景下，大力發(fā)展汽車沖壓模具數(shù)字化開發(fā)和快速模具制造技術(shù)具有深遠(yuǎn)意義。其中，模具的數(shù)字化開發(fā)是模具數(shù)字化設(shè)計和加工的前提，可為產(chǎn)品快速相應(yīng)汽車市場奠定基礎(chǔ)。

一、汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)特點和流程

汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)有以下特點：①主要基于模具實物并結(jié)合一系列建模手段構(gòu)建模具數(shù)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(zhuǎn)化為二維工程圖紙。②通過板料成形有限元模擬技術(shù)可實現(xiàn)對工件的可成形工藝性分析、預(yù)測缺陷、優(yōu)化成形參數(shù)，有利于節(jié)約生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。③融合了計算機技術(shù)、圖形學(xué)、各種數(shù)值計算法、人工智能、板料塑性變形理論，并與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，保證了產(chǎn)品參數(shù)從設(shè)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(shù)字化開發(fā)主要借助逆向工程技術(shù)，基于實物到圖紙的思想，首先，采用測量設(shè)備測量零件三維數(shù)據(jù)，得到零件可成形信息，獲取模具型面的三維信息；其次，根據(jù)零件具體工序特點建立產(chǎn)品工序數(shù)模，數(shù)字化分析，然后對數(shù)據(jù)點預(yù)處理，利用生成的圖表、曲線、成形數(shù)據(jù)等進行成形缺陷分析，找出缺陷產(chǎn)生原因；再次，以上述分析結(jié)果為依據(jù)修改設(shè)計，優(yōu)化產(chǎn)品工序數(shù)模；最后，將處理后的數(shù)據(jù)輸入計算機，重構(gòu)三維曲面，建立三維實體模型，最終形成模具三維幾何數(shù)字化模型。

二、汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)技術(shù)應(yīng)用

本節(jié)重點探討汽車行李箱外板的拉延模的設(shè)計原則和數(shù)字化開發(fā)。

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(nèi)部帶有局部形狀，設(shè)計沖壓工藝時，要設(shè)計出拉深零件圖，然后進行拉深件圖設(shè)計，確定毛坯形狀和各部位尺寸，在此基礎(chǔ)上，制定沖壓工藝，給出模具設(shè)計方案。

關(guān)于汽車覆蓋件拉深件的設(shè)計，為順利實現(xiàn)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(tài)，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。

注：a深度差較大，材料流動性差，按照所示點劃線改變深度方向后變?yōu)閎，使兩側(cè)深度差變小，材料流動和變形差會由此減小，利于成形

圖1 拉深深度和拉深方向

其次，合理確定壓料面，考慮以下幾方面：形狀應(yīng)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(nèi)傾斜的壓料面；汽車覆蓋件成形時，各斷面上伸長變量要達(dá)到3%-5%時才能獲得較好的形狀凍結(jié)性，所以壓料面任一斷面曲線長度應(yīng)小于拉深件內(nèi)部相應(yīng)斷面的曲線長度；壓料面應(yīng)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(shè)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(chǔ)上添加的那部分材料，它不僅影響拉深成形時的工藝參數(shù)和毛坯變形條件、變形量、變形分布、表面質(zhì)量等，對后續(xù)工序也有影響，因而，應(yīng)遵循內(nèi)孔封閉補充、拉深件結(jié)構(gòu)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(xù)工序等原則，科學(xué)制定工藝補充部分。

關(guān)于行李箱外板拉延模具的數(shù)字化開發(fā)，第一，對零件進行詳細(xì)分析，建立拉延數(shù)模，利用UG軟件將零件內(nèi)孔封閉，接著就是外工藝補充和壓料面的制作。第二，產(chǎn)品拉延數(shù)模的數(shù)字化分析，可導(dǎo)出拉延數(shù)模并導(dǎo)入AutoForm，自動劃分網(wǎng)格，將數(shù)字化分析結(jié)果中具有代表性的十次結(jié)果列出，結(jié)合實際設(shè)計經(jīng)驗獲得與要求相符合的行李箱外板拉延數(shù)模。在數(shù)字化分析過程中，應(yīng)基于一定外板件分析經(jīng)驗設(shè)置參數(shù)，保證參數(shù)可靠性。第三，根據(jù)拉深工序數(shù)模設(shè)計三維拉深模具。按照企業(yè)需求和工藝要求，可采用標(biāo)準(zhǔn)模架進行局部修改；對于凸模、凹模的設(shè)計，可根據(jù)工序數(shù)模進行剪裁，可利用數(shù)字化設(shè)計中的拉伸、偏置等直接進行細(xì)節(jié)設(shè)計；拉深結(jié)構(gòu)采用單動結(jié)構(gòu)，即凸模在下、凹模在上、壓邊圈套以凸模外。

在汽車覆蓋件數(shù)字化開發(fā)中需注意，汽車覆蓋件模具曲面造型好壞對后續(xù)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(gòu)造的曲線、曲面進行光順處理：尋找壞點，修改其坐標(biāo)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(gòu)曲面、生成過渡面的方法實現(xiàn)，控制點應(yīng)盡量少，在空間應(yīng)排列整齊有序。

三、結(jié)語

沖壓模具在汽車車身的生產(chǎn)活動中具有優(yōu)質(zhì)、高效和節(jié)材節(jié)能特點，一方面能滿足汽車零件加工質(zhì)量要求，另一方面還能降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，所以在汽車制造領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，作為汽車車身制造最為重要的工藝裝備，其對車身質(zhì)量好壞起著決定性作用。數(shù)字化技術(shù)改變了傳統(tǒng)板料成型特別是汽車沖壓件的設(shè)計過程，其中數(shù)字化開發(fā)是數(shù)字化技術(shù)的重中之重，汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)主要是基于模具實物，通過實物三維掃描、曲面重構(gòu)、三維實體建模等手段構(gòu)建模具數(shù)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(xiàn)模具高精度修復(fù)和標(biāo)準(zhǔn)化成批生產(chǎn)和新模具開發(fā)的基礎(chǔ)，有利于節(jié)約生產(chǎn)成本，縮短模具生產(chǎn)周期，加快模具國產(chǎn)化進程，對于汽車工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展有著重要現(xiàn)實意義，應(yīng)在實際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。未來，需加強開發(fā)軟件的模塊化設(shè)計功能，尋找軟件運算速度和精度的平衡點，使沖壓模具數(shù)字化分析技術(shù)作用在汽車車身沖壓模具生產(chǎn)中得以充分發(fā)揮，為提高車身制造質(zhì)量和效率提供可靠保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]范文健.CN100汽車車身沖壓模具開發(fā)并行工程研究[D].南京理工大學(xué),2011.

[2]萬軍.汽車覆蓋件模具數(shù)字化開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機床與液壓,2010,24:13-16.

[3]曹俊華.基于DYNAFORM軟件的沖壓模具數(shù)字化修復(fù)技術(shù)[D].南昌大學(xué),2013.

[4]楊漢,劉安明,祝云.數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2013,10:48-51.

[5]王宏松,汪程,修輝平.模具數(shù)字化設(shè)計與快速制造[J].精密成形工程,2014,02:55-59.

本文來源：http://00559.cn/w/kj/10798.html  《山東工業(yè)技術(shù)》