覃丕堅(jiān)

（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(diǎn)技術(shù)分析

覃丕堅(jiān)

（柳州凌云汽車零部件有限公司 廣西柳州 545006）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，汽車已經(jīng)成為了我們生活中不可或缺的主要交通工具，汽車產(chǎn)業(yè)也成為許多國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車車身沖壓工藝與模具技術(shù)成為了制約汽車新產(chǎn)品制造的瓶頸，傳統(tǒng)的工藝與模具設(shè)計(jì)已經(jīng)不能很好的滿足汽車市場(chǎng)的需求。本文將對(duì)汽車車身沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行分析，以期改進(jìn)汽車車身沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)，提高汽車產(chǎn)業(yè)的制造效率和質(zhì)量。

汽車車身；沖壓工藝；模具要點(diǎn)技術(shù)

1 引言

汽車制造技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分就是汽車車身的沖壓成型技術(shù)。有些國(guó)際汽車產(chǎn)業(yè)的同行甚至認(rèn)為汽車制造技術(shù)中沖壓成型技術(shù)和相應(yīng)的焊接技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)就是汽車技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)。雖然這樣的觀點(diǎn)沒有被完全認(rèn)同，但這從另一個(gè)側(cè)面也說明了沖壓成型技術(shù)對(duì)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(duì)于底盤和發(fā)動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代，汽車車身的更新?lián)Q代更為迅速。因此，在汽車產(chǎn)品的開發(fā)制造過程中，沖壓成型技術(shù)不僅會(huì)影響到汽車的制造周期，也會(huì)對(duì)汽車成品的品質(zhì)產(chǎn)生影響，從而對(duì)汽車的綜合競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)生很大的影響。

2 汽車車身沖壓工藝

汽車沖壓模具技術(shù)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(huì)直接的影響到汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和周期。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，汽車的沖壓工藝都是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來的，這也就出現(xiàn)了對(duì)于同一個(gè)汽車零件不同的人會(huì)有不同的工藝方案的情況，并且在設(shè)計(jì)階段，往往無法評(píng)價(jià)每個(gè)方案的好與壞，而到了調(diào)試階段又已經(jīng)無法進(jìn)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(shí)，也從另一方面說明了汽車工藝方案缺乏可控的標(biāo)準(zhǔn)，汽車產(chǎn)品的質(zhì)量沒有保障。因此，在汽車的沖壓模具技術(shù)中如何實(shí)現(xiàn)沖壓工藝的控制和規(guī)范已經(jīng)成為了最為重要的一個(gè)問題，汽車產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)就必須要解決這個(gè)難題。汽車覆蓋件的沖壓模具有許多類型，一個(gè)車型就有300～400個(gè)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(gè)制件影響沖壓工藝的難點(diǎn)只有幾處，所以可以根據(jù)這樣的難點(diǎn)特征進(jìn)行分類并建立知識(shí)庫，再通過應(yīng)用KBE技術(shù)和人工交互技術(shù)，開發(fā)智能的汽車沖壓工藝分析系統(tǒng)，借助軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化的工藝結(jié)果。汽車車身沖壓工藝技術(shù)的應(yīng)用可以打破汽車制造中的經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)工藝

在汽車制造過程中，除了車身沖壓工藝的經(jīng)驗(yàn)之外，車身零件自身設(shè)計(jì)的問題也對(duì)沖壓工藝產(chǎn)生的影響。汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不僅要滿足功能、美觀等要求，還要滿足汽車產(chǎn)品的制造工藝性與制造成本。國(guó)外大多數(shù)實(shí)力強(qiáng)勁的汽車公司都會(huì)有自己的車身沖壓工藝部門，在車身設(shè)計(jì)階段對(duì)于汽車產(chǎn)品進(jìn)行制造工藝分析并提供改進(jìn)的建議。如果是需要進(jìn)行車型的變型設(shè)計(jì)，還會(huì)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(fā)難度。相比于國(guó)外的大型汽車企業(yè)，國(guó)內(nèi)的一些汽車制造公司在汽車車身設(shè)計(jì)中會(huì)有較多的沖壓工藝問題遺留，等到數(shù)模封版的時(shí)候，存在許多復(fù)雜的更改流程，更改難度很大，這樣不僅會(huì)影響汽車的開發(fā)周期，還可能會(huì)留下質(zhì)量安全隱患。因此，在如今的汽車車身模具開發(fā)中，車身設(shè)計(jì)階段的沖壓工藝性分析已經(jīng)變得越來越重要。作為模具開發(fā)的前端技術(shù)，汽車車身沖壓工藝要不斷的融入車身設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)模具企業(yè)，汽車公司與設(shè)計(jì)公司的互利共贏。

2.2 沖壓CAE輔助工藝

CAE技術(shù)應(yīng)用于汽車沖壓模具領(lǐng)域是模具行業(yè)技術(shù)的一個(gè)重要的里程碑?，F(xiàn)在大部分的沖壓CAE軟件一般都是根據(jù)有限元理論開發(fā)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(yè)的不斷推廣應(yīng)用，其功能得到不斷的完善加強(qiáng)，目前大多數(shù)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(jì)算分析。汽車車身沖壓CAE輔助工藝的應(yīng)用主發(fā)揮以下四點(diǎn)功能：①可以建立基于CAE分析結(jié)果的沖壓工藝標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判體系，是控制沖壓工藝的重要依據(jù)；②能夠結(jié)合沖壓工藝經(jīng)驗(yàn)，將CAE的分析結(jié)果與知識(shí)工程相結(jié)合，可以優(yōu)化沖壓工藝；③與沖壓調(diào)試的實(shí)際測(cè)量相結(jié)合，作為輔助調(diào)試的參考依據(jù)；④CAE分析工藝控制有足夠的裕度，可以提高實(shí)際沖壓條件的適用能力。

3 模塊化模具設(shè)計(jì)技術(shù)

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(jié)構(gòu)特征上一般都很接近?？梢詫?duì)如拉延模等模具的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，將模具劃分為成型工作部件，模具模架和基礎(chǔ)件等幾個(gè)模塊，然后根據(jù)復(fù)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(shè)計(jì)制造速度。對(duì)汽車車身零件根據(jù)不同特點(diǎn)進(jìn)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(shè)計(jì)制造的工作量大大減少，還可以降低汽車的設(shè)計(jì)制造成本。

3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CAD軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，極大的推動(dòng)了參數(shù)化三維設(shè)計(jì)在模具領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。沖壓模具領(lǐng)域目前常用的三維CAD軟件有CATIA、UG等，都具有很強(qiáng)的參數(shù)化功能，可以很好的滿足汽車行業(yè)規(guī)?；＞呱a(chǎn)的要求，對(duì)提高模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)速度以及縮短設(shè)計(jì)周期也發(fā)揮了很大的作用?？梢酝ㄟ^CAD軟件，對(duì)各種類型的沖壓模具結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行分析，開發(fā)模板化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，減少重復(fù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣可以顯著的提高設(shè)計(jì)速度。由于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有單一性，我們不可能開發(fā)出一個(gè)萬能的模板化系統(tǒng)，因此，我們要通過采用關(guān)聯(lián)的參數(shù)化局部結(jié)構(gòu)，把模具的設(shè)計(jì)過程變成局部的參數(shù)化結(jié)構(gòu)的累積過程，以軟件布爾的運(yùn)算形式實(shí)現(xiàn)模具的設(shè)計(jì)。

3.2 模具質(zhì)量控制

汽車車身模具設(shè)計(jì)中的還有一個(gè)難題就是模具的質(zhì)量控制。模具的設(shè)計(jì)過程包括四個(gè)部分，即模具設(shè)計(jì)，實(shí)物驗(yàn)證，修改設(shè)計(jì)，正式制造。但是，在實(shí)際的制造過程中，由于制造周期和制造成本的問題，往往會(huì)把實(shí)物驗(yàn)證與正式制造合為一個(gè)環(huán)節(jié)，這也就會(huì)造成了實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)各種各樣的問題，嚴(yán)重影響了汽車制造周期，打亂整個(gè)汽車生產(chǎn)計(jì)劃?？梢酝ㄟ^運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)字化手段把“實(shí)物驗(yàn)證”變成“數(shù)字驗(yàn)證”。方法如下：①設(shè)計(jì)方法規(guī)范化，規(guī)范個(gè)人的設(shè)計(jì)習(xí)慣，避免由于設(shè)計(jì)方法的不規(guī)范帶來異常問題；②嚴(yán)格控制質(zhì)量，嚴(yán)格校審；③應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字化軟件技術(shù)，有針對(duì)的校核。如研發(fā)CAD軟件功能模塊，自動(dòng)進(jìn)行干涉檢查；應(yīng)用有限元軟件以進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析；借助機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真軟件對(duì)模具和沖壓線的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析；借助刀具運(yùn)動(dòng)仿真軟件對(duì)加工性進(jìn)行分析等。

4 汽車車身沖壓工藝與模具關(guān)鍵技術(shù)研究

汽車車身的輕量化成形工藝已經(jīng)成為了目前汽車行業(yè)的研發(fā)新熱點(diǎn)。有汽車專家預(yù)測(cè)在未來數(shù)幾年里汽車的自身重量比目前還要減輕20%以上。發(fā)達(dá)國(guó)家在汽車材料以及成形技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用方面進(jìn)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(dá)到汽車重量減重的目標(biāo)。另外，在承受沖擊時(shí)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(xiàn)。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(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此鎂合金在現(xiàn)代汽車制造中得到了越來越多的應(yīng)用。輕質(zhì)材料的廣泛應(yīng)用將會(huì)對(duì)汽車結(jié)構(gòu)的改善發(fā)揮重要的影響，汽車的質(zhì)量有可能下降到目前的1/2以上。預(yù)計(jì)未來幾年，適合于鋁鎂等輕質(zhì)材料的車身沖壓工藝CAD以及汽車沖壓件成形技術(shù)將會(huì)得到很快的發(fā)展完善。

關(guān)于汽車輕量化的車身成形工藝與模具技術(shù)的探討，在理論方面，對(duì)鋁鎂合金等輕金屬的大幅度彈塑性變形本構(gòu)關(guān)系及參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析；在工藝方面，對(duì)鋁鎂合金的沖壓起皺，回彈，拉裂規(guī)律以及毛坯反求等問題進(jìn)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(fā)具有快速精密加工與精密測(cè)量能力的裝備，研究與鎂鋁合金配套的沖壓工藝技術(shù)。

5 結(jié)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(duì)的主導(dǎo)地位，隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)汽車質(zhì)量的越來越高，汽車的多樣化是未來的一大趨勢(shì)。未來的汽車制造過程中，能量節(jié)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)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(shù)，這樣才能在激烈的市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)中贏得勝利，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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1004-7344（2016）18-0265-02

2016-6-12

覃丕堅(jiān)（1986-），男，大專，主要從事汽車零部件制造工作。