汽車外覆蓋件試制模具CAE工業分析

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1成形性分析

1.1四種模面設計的對比分析

在沖壓方向和壓料面形狀確定后，就要進行工藝補充面和拉延筋等的設計。對于主要由大曲率曲面組成的汽車車身覆蓋件（如前側車門外板、轎車頂蓋和后圍等）而言，它們都是淺拉延成形的沖壓件，覆蓋件曲面主要的變形方式是延伸變薄成形，要求制件成形后具有良好的剛度和較高的表面質量。根據后圍外板的成形特點，先后設計了4種不同的模面設計方案，主要區別是拉延筋位置、數量的變化和工藝補充筋的變化。方案1在壓邊圈上布置一圈直徑Ф16mm、高度8mm的圓筋；方案2在壓邊圈上和窗口分別布置一圈直徑Ф16mm、高度8mm的圓筋；方案3在壓邊圈上、窗口和凸模型面外輪廓分別布置一圈Ф16mm、高度8mm的圓筋；方案4在壓邊圈上布置一圈直徑Ф16mm、高度8mm的圓筋，在后圍下部額外布置1條相同參數的圓筋，同時在凸模型面外輪廓布置1圈直徑較大的工藝筋。對這4種工藝方案采用相同的模擬參數得到圖4所示的成形極限圖（FLD）。方案拉延均出現大面積的不充分現象，這將直接影響產品的剛度；同時產品表面均出現起皺現象和趨勢，涂裝后該缺陷會顯現而影響美觀，根據筋的數量和位置的不同，起皺呈現減小趨勢。充分驗證了后圍屬于淺拉延件的分類特點，要想使之充分變形，必須在工藝補充面上設置較大的工藝筋，根據經驗沿工藝補充周邊（凸模型面輪廓處）設置Ф36mm的圓筋。選取模面上有代表性的6個位置點，分別為壓料面（1點）、窗口工藝補充（1點）、產品表面（4點），對上述6點的主應變值進行對比分析。一般認為，汽車覆蓋件沖壓成形時應變達到3%~5%才能有較好的形狀凍結性，最小伸長變形量不應＜2%[2]。每種方案相比前一方案的主應變均有提高，其中方案4比其它方案的主應變提高較為明顯，且除窗口工藝補充主應變比較小之外，其他各處應變均＞3%，可以滿足最小伸長變形量要求，因此決定采用方案4。

1.2潤滑條件的選擇

沖壓調試時，毛坯與模具接觸面的潤滑條件對拉延過程是至關重要的。由經驗數據可知，鋼與鑄鐵模具的常溫摩擦系數一般取0.12左右（模具精研）；如果在毛坯的上、下表面均涂抹潤滑油加墊塑料薄膜（試制），可以降低摩擦系數。為了證明降低摩擦系數對擴大拉延成形極限的效果，取潤滑時摩擦系數為0.08進行模擬，

1.3試制模具結構設計的關鍵控制因素

（1）減重結構的設計是否合理？型面、外壁和立筋的厚度選擇是否合理？目前試制模具根據模具大小選用“345”、“456”兩個系列的模具壁厚。（2）模具上各種用途的孔是否齊全？試制常用的有通氣孔、激光定位孔、排水孔和起吊孔等。（3）合理設置加工面與非加工面的，以便減少數控加工區域。（4）是否需要設置導向裝置？導向裝置在拉延全過程中是否都起作用？特別是壓邊圈的高度要滿足圖7要求，以保證壓邊圈內側的導向在推桿頂起過程中始終與凸模的導向面進行接觸。（5）確認料厚間隙、凸模與壓邊圈的間隙、導向面之間的間隙等。（6）模具安裝用U形緊固槽的位置和尺寸是否合理。（7）起吊裝置是否可靠無法布置起吊裝置的需要在鑄造時根據標準和工藝要求在特定的位置預埋起吊螺母。

2模具制造與沖壓調試

2.1模具制造流程

消失模泡沫數控加工→泡沫組裝→尺寸和余量確認→粘工藝橛和吊耳→預埋起吊螺母→排水孔布置→鑄造→鑄造模具的確認→龍門刨刨底面→數控加工凸、凹模型面→鉆孔→刻線→刷漆。

2.2試制模具制造過程的關鍵控制點

模具的制造過程涉及鑄造和數控加工兩個工藝過程，有如下幾個關鍵控制點。（1）泡沫材料的選擇是否正確？（2）必須確認模具型面的厚度和預留數控余量是否滿足設計要求？工藝橛的設置是否合理？減重孔的設置是否合理？（3）確認鑄造模具的材料和鑄造缺陷。（4）確認模具加工的精度、表面質量和余量，凸模是否完成產品修邊線、孔及孔位中心線的的刻制？刻線深度是否達到要求？（5）模具是否設置了加工基準孔和基準面？模具上的各種孔位是否加工完全？

2.3沖壓調試流程

確認模具狀態→型面拋光→間隙研磨→修模→模具裝配→試壓→調模→確定毛坯尺寸→沖壓→制作激光切割夾具→激光切割。

2.4沖壓調試過程模具

首先需要拋光，特別是外板類模具需要將數控加工的刀痕完全去掉；拋光結束后，將凸、凹模反裝在2000t壓力機上，利用0.8mm的條狀料片進行凸、凹模的定位；然后進行著色檢查，外板模具的型面著色率要達到80%以上；間隙確認完畢后即可開始拉延調試，根據工藝圖紙和技術要求裝配模具，下料試壓，根據拉延結果修整模具，直至出現合格拉延件。根據經驗和模具型面特點，經過初步分析計算，決定采用1600mm×2100mm的毛坯。拉延后發現壓料面上起皺嚴重且工藝補充處也出現起皺，這是由于凸、凹模不能完全貼合導致了拉延不到位。，經過調整，采用1500mm×2080mm毛坯后，該現象消失，達到設計要求。拉延結束后需要進行激光切割。由于該件不能以型面的內表面為支撐制作激光切割支架，需要利用外表面制作激光切割支架，最終得到合格的制件。

3結束語

（1）模具結構設計的規范性比以前有較大的提高，模具輕量化水平顯著提高。

（2）同樣的相似車型后圍工藝為拉延+手工翻邊，經過優化設計和cae分析一序成形即可，節省費用和周期。

（3）積累了大型覆蓋件模具設計和制造質量控制的經驗，為后續更多車型的試制奠定基礎。

作者：巍巖石玫張一鵬譙波單位：中國第一汽車股份有限公司技術中心