淺析汽車覆蓋件沖壓模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

劉聰

摘要：最近幾年汽車行業(yè)的快速發(fā)展給我國(guó)模具制造行業(yè)帶來來了一定的挑戰(zhàn)以及良好的機(jī)遇，因此一定要加強(qiáng)對(duì)汽車覆蓋件模具的研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效縮短汽車覆蓋件工藝的周期，進(jìn)而提升汽車生產(chǎn)水平，更好的推動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車；覆蓋件；沖壓模具；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

引言

隨著我國(guó)汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，汽車制造水平的不斷提升，越來越多的企業(yè)開始將注意力放在汽車研發(fā)效率的提高以及成本的降低方面。汽車覆蓋件沖壓模具是整個(gè)汽車覆蓋件裝置中較為重要的組成部分，沖壓模具的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量以及制造成本將直接影響到整個(gè)汽車的生產(chǎn)成本以及汽車的質(zhì)量水平。隨著能源資源的耗用量越來越大，能源的市場(chǎng)價(jià)格不斷上升，鋼鐵的市場(chǎng)價(jià)格也在不斷增加，因而模具的制造成本會(huì)有所上升。此時(shí)，如何有效控制模具的生產(chǎn)成本就成為了一個(gè)重要的課題。除此之外，新的原材料和設(shè)備的應(yīng)用也會(huì)對(duì)原有的模具生產(chǎn)和制造帶來一定的影響，想要有效解決這些問題，就需要對(duì)汽車覆蓋件沖壓模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)此問題進(jìn)行認(rèn)真的探討和研究。

1汽車覆蓋件沖壓模具特點(diǎn)

1.1設(shè)計(jì)特點(diǎn)

一般的汽車覆蓋件沖壓模具都具備以下幾個(gè)特點(diǎn)。第一，針對(duì)沖壓模具的尺寸來說，通常其尺寸都會(huì)較大。一方面是汽車設(shè)計(jì)和制造的要求，另一方面是在沖壓模具的安裝、運(yùn)輸和裝置等環(huán)節(jié)的需要。第二，汽車覆蓋件沖壓模具的架構(gòu)是基礎(chǔ)部件，為了能夠減少?zèng)_壓模具的重量，提高模具的制造水平和質(zhì)量，越來越多的模具生產(chǎn)傾向于將中間設(shè)計(jì)成為一個(gè)立筋連接的上下兩層式的結(jié)構(gòu)。第三，從當(dāng)前汽車覆蓋件沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度來看，相關(guān)要求仍然不高。很多沖壓模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度會(huì)大于一般的覆蓋件沖壓模具。第四，從汽車覆蓋件沖壓模具所選用的材料來看，沖壓模具所用的原材料的質(zhì)量要求并不是很高，例如凹模所用到的零件，只需要滿足一定強(qiáng)度要求的鑄鐵就行。一般情況下，沖壓模具所用到的工作零部件是工具鋼。

1.2制造特點(diǎn)

一般的汽車覆蓋件沖壓模具都具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。首先，在汽車覆蓋件沖壓模具的生產(chǎn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)當(dāng)中，最重要的內(nèi)容就是沖壓模具的基礎(chǔ)零部件以及工作零部件的毛坯。通?；A(chǔ)零部件以及工作零部件的毛坯是單個(gè)生產(chǎn)制造。其次，由于一般的汽車覆蓋件沖壓模具的結(jié)構(gòu)尺寸較大，因而需要準(zhǔn)備大型機(jī)械進(jìn)行制造和加工。第三，汽車覆蓋件沖壓模具制造過程中的一個(gè)重點(diǎn)就在于工作零部件形狀的制造與加工。由于一般的工作零部件都是三維曲面，因而制造工藝會(huì)更加復(fù)雜，對(duì)零部件的精確度也沒有更有力的保證。所以，保證整個(gè)模具的尺寸精確度的核心就在于整個(gè)設(shè)計(jì)與制造的時(shí)間控制以及數(shù)控加工的水平。

2汽車覆蓋件沖壓模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1拉延模型面設(shè)計(jì)

通過對(duì)汽車覆蓋件的三維模型分析可知，想要對(duì)拉延模型面進(jìn)行設(shè)計(jì)就需要完成以下設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，首先，在計(jì)算機(jī)中汽車數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出覆蓋件的3D模型，然后對(duì)其零件形狀進(jìn)行檢查。其次，根據(jù)零件實(shí)際情況來對(duì)其加工工藝進(jìn)行判斷，進(jìn)而對(duì)沖壓方向進(jìn)行判定，并且還要展開翻邊確定相應(yīng)的修邊線。再次，對(duì)覆蓋件的拉伸臺(tái)階的實(shí)際形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在壓料面形狀確定以后的基礎(chǔ)上，在其上部設(shè)置拉延筋，同時(shí)生成相應(yīng)的凹模圓角，進(jìn)而構(gòu)建出一個(gè)完整的拉延模型面。在設(shè)計(jì)完成以后，將其導(dǎo)入到?jīng)_模數(shù)據(jù)中。在拉延模型設(shè)計(jì)完成以后，就需要使用Pro/E這一軟件來對(duì)拉延模型的特征參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還需注意的就是拉延模型的幾何模型是由拉延筋、壓料面、工藝延伸以及凹模圓角等功能組別所構(gòu)成的。因此使用特征參數(shù)化方式來對(duì)拉延模型面進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠有效提升其設(shè)計(jì)質(zhì)量和成效，進(jìn)而為模具開發(fā)、制作過程提供基礎(chǔ)參考。

2.2沖壓成形的數(shù)值模擬

因?yàn)槠胀_壓模具實(shí)際體積較大，因此在制作過程中需要由鑄造成形，并且對(duì)于形狀也不能有太過復(fù)雜的要求，因此其成形存在一定的困難。在對(duì)板料進(jìn)行沖壓成形數(shù)值模擬過程總會(huì)涉及到很多問題的分析和計(jì)算，在一定程度上都具有很大的困難，例如幾何、材料以及接觸等方面的非線性問題。而有限元方法不但能夠?qū)_壓件的變形、應(yīng)力以及應(yīng)變等情況進(jìn)行處理，還能其回彈、殘余應(yīng)力、應(yīng)力變化等進(jìn)行計(jì)算。然后在利用相應(yīng)的軟件對(duì)模塊等進(jìn)行模擬。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，要將之前設(shè)計(jì)好的拉延模型按照特征組進(jìn)行劃分，然后將其輸入到Autoform軟件中進(jìn)行相應(yīng)的處理，并且將特征組的幾何模型劃分成一定的網(wǎng)格，并在其基礎(chǔ)上建立起有限元模型，之后通過相應(yīng)的命令將其裝配成相應(yīng)的有限元模型，而這樣一來就可以有效避免對(duì)其他模型的逐一劃分，不僅有效節(jié)省了網(wǎng)格劃分的時(shí)間，還能保證各單元節(jié)點(diǎn)之間的有效隊(duì)形，進(jìn)而提升計(jì)算精度。而從對(duì)有關(guān)數(shù)值進(jìn)行模擬的結(jié)果分析可知，只有根據(jù)板材的實(shí)際情況來確定相應(yīng)的沖壓工藝參數(shù)，才能有效保證拉延模型面能滿足其設(shè)計(jì)工藝需求。

2.3覆蓋件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1自頂向下設(shè)計(jì)

在以往的模具設(shè)計(jì)過程中，通常使用串行以及自底向上的方式來進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。在汽車生產(chǎn)、裝配過程中，會(huì)使用到很多模具，其中覆蓋件模具要求精度高，并且形狀也相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸也較大，同時(shí)還需要良好的配合性以及協(xié)調(diào)性。而自頂向下設(shè)計(jì)技術(shù)在汽車覆蓋件模具研發(fā)過程中得到了很好的應(yīng)用，首先，該技術(shù)能夠在設(shè)計(jì)期間，對(duì)模具整體結(jié)構(gòu)的功能進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和分解。其次，能夠在布局階段提升各功能區(qū)域和裝配之間的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定，解決模具整體性等問題。最后，還能在設(shè)計(jì)階段對(duì)其中所涉及到的零件等進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)出最為合理且試用性較好的模具。覆蓋件模具是相對(duì)分離的子部件按照一定的關(guān)系進(jìn)行組合，且具有某種特定功能的機(jī)械部件，其自身功能就是通過裝配體中的各零部件之間相互運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)該種運(yùn)動(dòng)通過零件間管理量的變化而產(chǎn)生的，因此一定要保證裝配體安裝正確且質(zhì)量良好，并且還要保證零件關(guān)系的正常，才能保證其功能的有效實(shí)現(xiàn)。

2.3.2應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件

為了進(jìn)一步達(dá)到模具設(shè)計(jì)自動(dòng)化的目的，降低對(duì)模具制作人員的要求，就一定要根據(jù)覆蓋件的設(shè)計(jì)情況來研發(fā)職能軟件?，F(xiàn)階段最為常用的CBD方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而相對(duì)成功的就是CAD。在CAD系統(tǒng)中對(duì)汽車覆蓋件模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，要先將數(shù)值模擬合格的覆蓋件型面作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，然后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建型面，和模具零件之前的關(guān)系圖，并使用自頂向下的設(shè)計(jì)技術(shù)來構(gòu)建完善的模具模型，之后在對(duì)模具整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。一旦需要對(duì)CAD型面進(jìn)行更換，就一定要使用相應(yīng)的算法，從實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)中找到相應(yīng)的實(shí)例模型，這時(shí)就需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)其進(jìn)行有效的干預(yù)，軟件系統(tǒng)重新生成相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出符合實(shí)際需求的模具。此外，使用計(jì)算機(jī)與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行有效結(jié)合的方式來對(duì)覆蓋件模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅有效提升了模具自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平，還提高了模具整體的質(zhì)量，并在一定程度上延長(zhǎng)了模具使用的時(shí)間，因此現(xiàn)階段對(duì)覆蓋件模具進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)是相關(guān)學(xué)術(shù)界重點(diǎn)的關(guān)注。

結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展以及市場(chǎng)需求的日益增多，我國(guó)的汽車制造業(yè)和模具制造業(yè)都在不斷地發(fā)展和進(jìn)步，這就對(duì)模具的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)提出了更高的要求。在汽車模具當(dāng)中，沖壓模具是不可或缺的部分。一個(gè)車型的模具所占的成本高達(dá)億元。在能源資源和鋼鐵的價(jià)格進(jìn)一步上漲之后，模具的成本將會(huì)進(jìn)一步提高。此時(shí)，采取怎樣的措施來控制模具的制造成本，就成為了一個(gè)亟待解決的問題。本文針對(duì)沖壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行了相關(guān)探討，希望可以為我國(guó)的模具制造業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔運(yùn)息，盧映秋，馬杰.基于CAE技術(shù)驅(qū)動(dòng)的汽車前門外板覆蓋件拉延模設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2017（2）：150-1544

[2]荊永新，趙鑫，蘇磊.典型汽車覆蓋件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].科技風(fēng)，2016（15）：1405

[3]李欽生，楊海卉，袁幫誼.汽車覆蓋件多工位復(fù)合成形工藝研究及模具設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù)，2015，40（6）：98-1016