陸　鵬（寧波工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院,浙江　寧波　315000?。?/p>

汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)與應(yīng)用

陸鵬
（寧波工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院,浙江寧波315000）

摘要：車身是汽車的標(biāo)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(chǎn)裝備。隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展和市場競爭的日益激烈，要求汽車車身沖壓模具從各個(gè)方面都得到提升，以確保生產(chǎn)質(zhì)量和效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，并達(dá)到控制成本的目標(biāo)。本文首先介紹了汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)特點(diǎn)和流程，然后對汽車行李箱外板模具數(shù)字化設(shè)計(jì)原則和數(shù)字化開發(fā)進(jìn)行研究，以期探索更為高效、先進(jìn)、便捷的汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)路徑。

關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件；沖壓模具；數(shù)字化開發(fā)

當(dāng)今時(shí)代，汽車已成為人類社會活動(dòng)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(dòng)中具有優(yōu)質(zhì)、高效和節(jié)材節(jié)能特點(diǎn)，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(gè)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(jì)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(jì)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)。

1　汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)特點(diǎn)和流程

汽車車身沖壓模具數(shù)字化開發(fā)有以下特點(diǎn)：（1）主要基于模具實(shí)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(jìn)新車型時(shí)可進(jìn)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(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形學(xué)、各種數(shù)值計(jì)算法、人工智能、板料塑性變形理論，并與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，保證了產(chǎn)品參數(shù)從設(shè)計(jì)階段到制造階段整個(gè)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(shí)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(diǎn)建立產(chǎn)品工序數(shù)模，數(shù)字化分析，然后對數(shù)據(jù)點(diǎn)預(yù)處理，利用生成的圖表、曲線、成形數(shù)據(jù)等進(jìn)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(jì)，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(jì)算機(jī)，重構(gòu)三維曲面，建立三維實(shí)體模型，最終形成模具三維幾何數(shù)字化模型。

2　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(diǎn)探討汽車行李箱外板的拉延模的設(shè)計(jì)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(jì)沖壓工藝時(shí)，要設(shè)計(jì)出拉深零件圖，然后進(jìn)行拉深件圖設(shè)計(jì)，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(jì)方案。

關(guān)于汽車覆蓋件拉深件的設(shè)計(jì)，為順利實(shí)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(jìn)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(dòng)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(dòng)，促進(jìn)毛坯變形；使之有利于防止偏移線、顫動(dòng)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(yīng)盡量簡單，以水平壓料面最為適宜，塑性變形較大時(shí)，可采用向內(nèi)傾斜的壓料面；汽車覆蓋件成形時(shí)，各斷面上伸長變量要達(dá)到3%-5%時(shí)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(diǎn)。

再次，在拉深件設(shè)計(jì)過程中，工藝補(bǔ)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(shí)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(bǔ)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(bǔ)充盡量減小、利于后續(xù)工序等原則，科學(xué)制定工藝補(bǔ)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(jìn)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(bǔ)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(dòng)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(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(jì)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(jìn)行局部修改；對于凸模、凹模的設(shè)計(jì)，可根據(jù)工序數(shù)模進(jìn)行剪裁，可利用數(shù)字化設(shè)計(jì)中的拉伸、偏置等直接進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)；拉深結(jié)構(gòu)采用單動(dòng)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(jìn)行光順處理：尋找壞點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)，控制點(diǎn)應(yīng)盡量少，在空間應(yīng)排列整齊有序。

3　結(jié)語

沖壓模具在汽車車身的生產(chǎn)活動(dòng)中具有優(yōu)質(zhì)、高效和節(jié)材節(jié)能特點(diǎn)，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(jì)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(shí)物，通過實(shí)物三維掃描、曲面重構(gòu)、三維實(shí)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(shí)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(jìn)程，對于汽車工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展有著重要現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。未來，需加強(qiáng)開發(fā)軟件的模塊化設(shè)計(jì)功能，尋找軟件運(yùn)算速度和精度的平衡點(diǎn)，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。

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作者簡介：陸鵬（1991-），男，浙江杭州人，本科，研究方向：機(jī)械模具。