汽车覆盖件冲压模具设计研究

汽车覆盖件冲压模具设计研究

徐晓明

安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥230601

摘要：汽车车身冲压工艺与冲压模具的设计是影响汽车行业车型更新换代的关键技术，它不仅影响汽车更新的周期和研发的成本，也间接促进了新的冲压技术和模具设计技术的发展。尽管国内汽车行业发展迅速，但冲压工艺和模具设计与国外技术仍存在较大的差距，无法生产高端的汽车冲压件，严重阻碍了我国高端汽车行业的发展。对冲压工艺与冲压模具设计技术的研究对我国高端汽车行业的发展具有重要意义。

关键词：汽车覆盖件；冲压模具；设计

1汽车车身冲压工艺

冲压工艺具有以下特点：用于形状复杂的薄壁零件，且经过冲压工序后零件的强度提高、质量变轻、刚度增大。冲压件表面光滑且具有较高的精度尺寸，可满足一般互换性要求，在同一批冲压件中可互相替换。简化了操作，提高了自动化程度。进行大批量生产时可有效节约成本，提高生产效率。

1.1冲压材料

冲压工艺对冲压材料的要求极为严格，冲压用材料必须具有良好的延展性、塑性、弯曲性、凸缘拉伸性等性能。如果所选的材料与零件形状、冲压模具设计和加工条件不相适应时，将产生断裂、折皱、成型不完整（开裂、凸包、拉毛、波浪、回弹）等缺陷。目前，常用的冲压材料包括冷轧钢板、热轧钢板、表面处理钢板等材料。

1.2冲压工艺方案

冲压工艺一般包括冲裁设计、切边设计、弯曲、翻遍等工序。各个工序阶段都有严格的工艺要求保证冲压的质量。以汽车发动机箱盖为例，其冲压工艺如下：下料拉伸——切边、冲孔——竖边——翻边——压印、冲孔——检验；工艺流程为：拉伸——切割——整形——翻边——冲孔——切割——检验。

正常工艺可能无法完成零件的加工，需要工艺补充。工艺补充的设计原则如下：内孔封闭的原则；简化拉伸件结构形状原则；保证良好的塑性变形条件，有些冲压件深度较浅、曲率较小，但轮廓尺寸较大（发动机箱盖），必须保证坯料在拉伸过程中具有足够的塑性变形量，才能保证冲压件满足形状精度要求和刚度要求；外工艺补充部分尽量小；方便后续工序加工的原则。

1.3冲压件质量控制

冲压件一般满足表面质量良好、复合加工要求的几何尺寸和形状、足够的强度与刚度以及良好的工艺性等要求。保证冲压件冲压质量的方法有精度检验与外观检验两种。根据检验结果对冲压件采用如下方法进行修复：手工修整冲压零件、修补模具，改进模具的设计与制造方法等。

1.4汽车覆盖件冲压关键工艺

汽车覆盖件的冲压方向，如：拉延方向、修边方向、翻边方向、冲孔方向、非必要负角问题、空间曲线的修边线问题、非必要曲面孔问题、特征太密与结构突变问题、复杂曲面的圆角、转角、球面等问题。此外，翻孔的结构问题，正规孔和异型孔的翻孔结构的设计与冲压工艺有关，分为两序孔和三序孔，如没有功能要求应尽量采用拉延、冲孔的翻边结构。在覆盖件关键部位采用余料吸收结构设计，在一些容易起皱和拉裂的部位设计一些反向特征，减小由于起皱和拉裂引起的材料缺失等问题。最后，覆盖件的设计基准也影响模具的设计，模具通常根据设计基准保证基本拉延的拔模角。

2模具设计技术

2.1基于CAD/CAM的模具制造

冲压件冲压的质量不仅取决于冲压工艺和冲压材料，更重要的是冲压模具的设计。随着CAD/CAM技术的成熟，模具的设计水平得到了极大提升，且随着五轴联动数控加工中心加工精度的提高，冲压模具的加工精度和复杂程度也可满足冲压模具设计的要求。

一般来说，模具的制造工艺可分为粗加工、精加工、装配，其步骤如下：基准面切削加工；划线；机械加工（通用机床加工、仿形加工、特种加工）；精加工（曲面粗加工、模具研磨）；合模；模具装配。基于五轴加工中心的模具制造可实现复杂曲面的加工，通过CAD/CAM技术合理规划加工路径，结合数控加工中心的精密加工技术实现高精度模具的加工。经加工中心加工后的模具也必须通过磨削和抛光加工，最终保证模具表面的精度要求。通过高质量和高精度的模具降低后续模具制造的复杂程度，可以提高生产效率，促进冲压工艺的发展。

2.2模具表面磨损及寿命控制

模具表面磨损检测也是困扰技术人员的难题。目前国内检测模具磨损是根据冲压后成品表面的质量精度判断模具是否应该更换。但该方法不具有预测性，只能根据成品的质量判断模具的磨损情况，无法满足现场加工的要求。对于模具磨损及寿命控制，本文提出以下措施：

（1）基于采集模具数据预测模具表面磨损和使用寿命。从新的模具安装完成后开始记录模具使用时间，在模具磨损超出使用范围时，记录模具的使用时间，通过对大量数据的记录，根据概率统计的方法统计分析模具磨损的规律，并在计算机中设置相应的阈值，超出阈值时，提示操作人员更换模具。

（2）基于模具检测的反馈，对模具结构的关键型面进行定时检测，若检测值超出正常值时，说明模具磨损过度。模具磨损检测与控制对企业节约成本、避免浪费具有重要的意义。

3汽车覆盖件冲压模具结构的优化措施

3.1汽车覆盖件冲压模具标准件设计优化

目前，我国标准件设计技术正趋向全方位发展方向，且标准件设计以及应用也得以迅猛提升，从而推动了产品质量的逐渐完善。由于标准件设计优化能够提升其使用性能，因而有助于模具标准件实现二次使用，有效降低产品生产的成本，缩短产品加工制造的周期，故需要重视标准件的设计优化。

首先，由于汽车覆盖件冲压模具标准件设计主要突出设计的标准化，因此企业各部门需要明确标准件设计标准，针对过去标准件设计标准进行分析完善，开发出结构新、性能强、成本低、质量佳以及效率高的新型标准件产品，从而有效推动企业效益的提升。

其次，在汽车覆盖件冲压模具标准件的制造过程中，需要严格遵守相关的制造标准，要做到重视模具标准件整体的使用性能，确保标准件产品整体的质量。同时，汽车覆盖件冲压模具企业需要有效联合相关产业，促进汽车覆盖件冲压模具标准件向着更深层次去研发。

3.2高强度板材热冲压成形模具的设计优化

首先，对于模具材质方面的设计上，高强度板材热冲压成形模具较之冷冲压成型模具来说，其对制造材质要求更高，需要选择抗疲劳性强、耐磨性好、硬度及强度高的材料，才能保证模具成型后的精度。同时，在进行高强度板材热冲压成形模具材质设计时，需要全面考虑模具加热温度，选择适宜在加热情况下使用的模具钢材，确保加工制造成型后模具的使用性能与精度。

其次，关于高强度板材热冲压成形模具的凹、凸模设计，由于模具在加工制造中涉及到加热与冷却，热胀冷缩容易导致冲压成型后的模具零件在尺寸上出现误差，故对模具进行凹、凸模设计时，需要充分考虑热胀冷缩因素，尽可能将误差减至最小程度，进而保证模具零件的精确度。

最后，有关模具冷却机构的设计，由于热冲压成形模具要经历冷却处理方能产出，故需要选择适宜的冷却机构。在选择冷却机构时，既要考虑模具零件冷却的速度以及强度，还要防止模具零件过快冷却引发开裂现象。

结束语

目前，我国汽车加工制造企业将研发新车型、制造车辆高质量以及制作成本低作为主要目标，确保满足不同客户的总体要求。由于汽车车型的创新往往涉及车身的革新，车身的主要构成为汽车覆盖件冲压模具，同时，汽车覆盖件冲压模具在设计与制造的生产周期与汽车生产整体周期占比超过70%，因而对汽车覆盖件冲压模具的设计优化提出了更高的要求。

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