汽车冲压模具开发过程及管控探析

汽车冲压模具开发过程及管控探析

司法

(安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥230601)

摘要：汽车车身从设计到开发，是从虚拟产品到实物的转变，其中重要的一个过程便是模具开发。从模具的最初的工艺设计规划，结构模块的加工制作以及整个研发项目的管理作为出发点，阐述了影响模具研发周期及模具质量程度的关键因素。在模具制造过程中，如何选择更适当的技术和方法，降低制造成本，成为汽车冲压模具制造业的重要课题。因此合理有效运用表面处理工艺来改善和提高汽车冲压模具表面性能是很有效的方法。

关键词：汽车；冲压模具；开发；管控

1导言

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。因此对汽车模具的制造技术提出了新的要求，而同步工程作为汽车车身冲压模具开发的新兴科技方法出现，得到制造企业的广泛关注。

2汽车冲压模具的分类

汽车冲压模具，即指构成汽车所有冲压零件的模具总称。这些汽车冲压零件包括一般冲压件、汽车覆盖件以及汽车梁架件等，在汽车加工制造中占据重要的地位。汽车冲压模具根据不同特点可以分为不同类型。第1类，按照工艺性质可将汽车冲压模具分为拉深模、弯曲模、冲裁模以及成形模4类。第2类，按照工序组合可将汽车冲压模具分为级进模、单工序模以及复合模3类。第3类，按照加工方法可将汽车冲压模具分为冲剪模具、弯曲模具、压缩模具以及成形模具。

3汽车车身冲压模具开发同步工程的概述

3.1汽车车身冲压模具开发同步工程的涵义

汽车车身冲压模具开发同步工程，显出诸多汽车模具的综合优势，无论在设计还是制造方面都比较先进，使得产出的汽车车身冲压模具科技含量很高，是获得行业广泛认可的一项技术系统。汽车车身冲压模具开发同步工程，其包括先进的现代三维仿真技术软件，具备优秀的模具设计力量，构建出较为全面具体的模具模型，有效地借助三维仿真数模技术进行模具的调试运行，从而从根本上解决汽车车身冲压模具突显出的大量问题。汽车车身冲压模具开发同步工程，其主要应用于模具的设计阶段，故需要全方位分析模具加工制造中可能出现的潜在问题，做到提前策划、合理分析以及有效解决，从而实现同步工程对汽车车身冲压模具开发的调控利导作用。

3.2汽车车身冲压模具开发同步工程的意义

首先，由于传统汽车车身冲压模具不会考虑前期模具设计的技术处理，往往直接依据模具材料进行工艺设计，故在生产汽车车身冲压模具的整个过程中存在一些问题，影响到汽车车身冲压模具的使用效果，延缓整个汽车车身的安装时间。同步工程技术能够纵观模具生产全过程，并借助先进的科技理念与经验技术，积极改良模具的整体质量与性能，为汽车车身冲压模具的开发创新赢得更多的时间与机会。

其次，当同步工程技术被应用于汽车车身冲压模具开发过程后，其借助信息化辅助手段与模拟仿真制造技术，使得产品三维数模造型、模具制作工艺分析、模具成型过程仿真模拟调试与模具生产制造等环节紧密相连，有助于汽车车身冲压模具产品的开发创新，推动汽车车身冲压模具相关企业间的良性合作，有效压缩了模具制造过程，增强了模具产品设计的科技与创新含量，促进汽车加工制造企业持续降低产品制造成本，从而加速汽车新车型的设计与制造，使得汽车企业的市场竞争力不断提升。

4汽车冷冲压覆盖件模具的结构设计

4.1模具设计制造现状及后期

工业模具研究在国内的起步时间在20世纪80年代，随着时间的推延，行业中的设计软件不断增多，除CAD之外，国内诞生了功能强大性能稳定的设计软件，显然这些软件均体现我国在该领域中的较高水平。一些软件基于有限元逆算法与板壳单元模型思想，充分考虑摩擦等各种影响因素，综合零部件产品的规划设计步骤，对工艺参数进行了必要优化，成为可靠的结构设计问题解决方案。

由于国内汽车模具结构设计起步晚，较之发达国家还无法真正在汽车模具设计方面开发CAD/CAE/CAM技术应用，也就达不到设计与制造一体化的要求。后期在技术的不断更新下，相信更多的跨学科技术能够在汽车模具结构设计中应用，趋于一体化的CAD/CAE/CAM系统将变得更加专业化、自动化、智能化、网络化与集成化。

4.2汽车车身数模并确定制造工艺

汽车车身设计部向工程开发部发布产品数模，工程开发部从业者充分分析产品数模，并针对分析结果进行模具开发招标报价以及工艺研究。其次，招标中标的模具开发企业，其针对获得的车身工艺数模进行细致科学的分析，对于新研发的所有模具零件，模具开发企业都需要借助CAE技术进行分析，由于CAE技术能够全方位观测到零件成型的整个过程，可以优化模具的设计，减少模具的材料损耗，排除模具加工的潜在风险，解决模具加工制造可能出现的问题，减少设计与制造成本，故模具开发企业可以借助CAE技术分析结果，有效选择适宜的模具制造工艺，并针对成型模具进行合理的开发调试，有效确保新研发模具零件的实效性。

4.3表面处理技术

4.3.1气相沉积法

气相沉积法主要有物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）。PVD是在真空条件下进行的，通过采用不同的物理方法，将待沉积的材料气化，将得到的分子、原子或离子沉积到基体材料表面。按照气化机理的不同，PVD主要包括真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀膜3种基本方法。

真空蒸镀设备操作简单，沉积速度快，但是因气化离子的动能低，镀层与基体的结合力较弱，且高熔点物质和低蒸汽压物质（如Pt、Mo等）的镀膜制作困难。溅射镀膜由于气化粒子的动能大，故镀膜致密，与基体的结合力高，缺点是镀膜沉积速度较慢、设备昂贵。离子镀膜过程中参与沉积不仅有原子和分子，还有一部分能量较高的离子一起参与成膜，这就很大程度上提高了膜层与基体之间的结合力。但是受到蒸发源的限制，高熔点镀膜材料的蒸发镀较困难，而且设备复杂、昂贵。

CVD技术是一种热力学决定的高温热化学反应，它是利用气态的物质在固体表面上进行化学反应而生成固态沉积物的过程。CVD制备的膜层具有致密度高、气孔少、均镀性好及膜基结合力大的特点，性能相当优良。普通热CVD技术有一个很难避免的缺点就是过高的沉积温度（＞1000℃）。对那些不允许或不易于进行高温加热的基体材料（如严格控制变形的精密件），则必须采用辐射激发或放电激发的CVD技术，这种情况下制作的成本又被加大了。

4.3.2渗碳、渗氮

渗氮工艺有气体渗氮、离子渗氮和液体渗氮等方式。每一种渗氮方式中，都有若干种渗氮技术，可以适应不同钢种和工件的要求。由于渗氮技术可以形成优良性能的表面，并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调，再加上渗氮温度低，渗氮后不需激烈冷却，模具的变形极小，因此，模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最广泛的。模具渗碳的目的主要是为了提高模具整体强韧性，即模具的工作表面具有高强度和耐磨性。由此引入的技术思路是，用较低级的材料，即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料，从而降低制造成本。

4.4模块化车身冲压模具技术中的应用

模块化车身冲压模具技术应用，即指应用模拟仿真以及三维造型等技术手段对于汽车车身冲压模具进行模块化处理，从而解决汽车海量零配件的加工制造过程。由于每部汽车都包含成千上万个零配件，但是不同汽车的基本特征表现的较为类似，即不同汽车组装的相同零配件存在的差距较小，故通过模块化技术手段能够有效解决这些类似零配件的加工制造。我国于上世纪初开始将模块化模具技术引入汽车加工制造行业，并收到了较好的应用效果。模块化模具技术涵盖了三维造型、模拟仿真等高新技术，因而有效地降低了人们的脑力与体力劳动的强度，节约了模具成品的设计与制造的成本，明确了设计与制造的思路与方向，提升了模具设计与制造的整体效果。汽车车身冲压模具应用模块化模具技术时，往往将车型划分为大、中、小三类别，每个类别的车型设计一套模块，当然对于不同的汽车制造企业设计的模块化车身冲压模具模块可能存在差别，但是模具模块化设计的基本原则都围绕降低加工制造成本与提升设计效益方面，从而保证模块化车身冲压模具技术应用效果。

4.5开展三维设计的优势与做法

汽车模具结构的三维设计，主要是基于三维参数化软件来辅助完成结构设计、计算、分析与制造。三维软件通常能够透视化精确扫描几何物体，构建无缝集成产品开发环境，同时全面体现相关协调、协同工作的工作优势，更融合专家设计模块、开放端口等技术特点，独特的数据交换手段为用户的设计增加了更多便利。

真正利用三维软件开展汽车模具的结构设计工作时，首先应关注设计任务书，适当形成模具结构设计初步轮廓。三维软件同样需要用户保持丰富设计思路，能够基于深厚的经验规范绘图。绘图时，设计者要明确模具的组成、平面布置、实体研究、图纸绘制、材料选取等不同要素。以及装备和热处理的具体办法等。而在这整个过程中，模具结构平面图的布置以及实体创建是最核心耗时最长的两大环节。

4.6斜拉延筋工艺技术中的应用

斜拉延筋工艺技术，其充分依托现代三维冲压成型工艺技术，将拉延汽车模具分为三个部分。拉延汽车模具往往由专门技术人员进行模拟仿真设计、调试与管理，其中拉延筋需要充分依托控制板的支撑，因此需要将控制面板受到的冲压作用外来冲击力控制在允许的范围内。

另外，拉延筋设置往往会存在一些缺陷，当缺陷较小时，往往可以忽视该缺陷的存在。因此，可以在拉延筋设计时，利用模拟仿真、三维造型等软件进行设计分析，将可能存在的问题进行模拟操作，并通过建立三维数模造型提高模具对抗阻力的性能，并通过全景仿真模拟调试与效果分析，从而实现预防拉延筋模具的拉裂，有效保证拉延筋汽车模具的冲压质量。

5汽车冲压模具开发及质量控制

5.1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。最后，汽车覆盖件冲压模具标准件需要向着专业化、规模化方向发展，模具标准件企业通过实行专业化生产，能够有效激活企业发展的潜力，为企业赢得市场竞争优势，能够为企业带来持续稳健的发展前景。同时，模具标准件企业通过实行规模化生产，应用先进的设备及科学技术，选聘专业能力强的从业人员，保障标准件的产出规模及产品质量。

5.2发布数模与设计图纸的准确性管控

针对汽车冲压模具开发过程来说，涉及到发布车身、模具铸造以及NC3类数模，这3类数模作为模具开发的实践依据，需要具备必要的准确性，故需要认真管控这3类数模发布的准确性，反复核实数模的结构、采集的数据以及数据之间的关系是否存在误差，及时调整存在的误差，并针对数模发映出的数据进行细致的验算，确保数模能实现模具开发的利导作用。

5.3设计图纸的科学性管控

对于模具图纸的设计将决定着模具铸造的实际效果，为了避免铸造质量与性能不合格而引发材料与人力的浪费，同时，为了防止因为设计图纸不科学而带来后期修改的困难，则需要全面管控设计图纸的科学性，充分核实设计图纸呈现出的模具是否能够发挥其预计性能，可以借助先进的三维仿真技术进行设计图纸呈现模具实效性的演示分析，考察模具的结构是否合理，材质选择是否适当，模具的性能效果是否达到预期目标，通过高新的科学管控，从而保证设计图纸尽可能的科学可行。

5.4材质的选择

冲压模具成本的降低首先要从模具的材料下手，只有提高材料利用率，才能有效减少浪费现象。现阶段，冲压模具材质的分类，大体上分为铸件、锻件和标准件三类；需要依据冲压零件的材质、料厚、零件的形状和尺寸、使用的冲压设备、冲压工艺的安排以及汽车产量等因素综合考虑，选用经济又能满足使用要求和寿命的合适材料。汽车制造厂家在选择模具材质时，在保证符合生产标准的前提下，一般选择材质等级较低的材质。降低模具材料成本，需要从生产的最开始做好生产计划，减少因汽车销量不理想造成的浪费现象，避免出现生产量小于预算，模具材质剩余，客观上增大成本。同时，在产量较大时，一定要选用复制性、替代性好的材质，在模具出现磨损或生产损坏的情况下能够快速修补或更换模具部件，避免出现车型寿命未结束，模具已经报废的情况出现。总的来说，模具材料的选用，要综合各方面因素考虑，尽量做到物尽其用。

5.5提升从业人员专业能力

目前，由于应用汽车车身冲压模具开发同步工程关键技术的从业者呈现出专业水平参差不齐的现象，部分从业人员专业能力不足，缺少上岗培训以及从业证书便进行技术应用，致使无法掌握关键技术的应用方法，导致开发制造出的汽车车身冲压模具缺陷突出，严重影响汽车加工制造效率与使用效果，故需要不断提升从业人员的专业能力。首先，需要严格把控好从业人员的聘用选拔程序，选择专业能力佳的从业人员，并针对从业人员进行必要的上岗培训。要求从业人员具备相应的职业资格证书，且定期组织从业人员进行业务学习与进修培训，建立严格的学习培训考核制度，确保从业人员熟练高效地应用同步工程关键技术进行汽车车身冲压模具的开发设计。

5.6模具调试的全面性管控

模具调试属于模具投入批量生产的重要关卡，故对于模具调试而言，需要做到突出全面性，故针对模具调试需要进行全面性的管控，即在模具调试的整个过程进行全方位管控，涉及到模具的构成零件、模具结构、运行方式、精准度以及协调性等诸多方面，坚决做到不放过任何细枝末节，尽可能的细致详尽，针对发现的问题予以积极严谨的态度，及时有效地解决问题，从而保障模具调试发挥好实效性。

结束语

综上所述，汽车冲压模具的制作在最低限度保证质量的同时，要从设计、加工制造、调试等多个环节入手进行质量控制。我国汽车车身冲压模具开发需要符合时代的要求。同时，同步工程关键技术在模具开发中的应用发展是趋势，必须正视我国汽车车身冲压模具开发的目标，全面把握同步工程关键技术在模具开发中的应用方法，充分发挥同步工程关键技术的科学性、先进性以及实效性，保障汽车车身冲压模具开发使用的实际效果。

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