汽车外覆盖件试制模具CAE工业分析

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1成形性分析

1.1四种模面设计的对比分析

在冲压方向和压料面形状确定后，就要进行工艺补充面和拉延筋等的设计。对于主要由大曲率曲面组成的汽车车身覆盖件（如前侧车门外板、轿车顶盖和后围等）而言，它们都是浅拉延成形的冲压件，覆盖件曲面主要的变形方式是延伸变薄成形，要求制件成形后具有良好的刚度和较高的表面质量。根据后围外板的成形特点，先后设计了4种不同的模面设计方案，主要区别是拉延筋位置、数量的变化和工艺补充筋的变化。方案1在压边圈上布置一圈直径Ф16mm、高度8mm的圆筋；方案2在压边圈上和窗口分别布置一圈直径Ф16mm、高度8mm的圆筋；方案3在压边圈上、窗口和凸模型面外轮廓分别布置一圈Ф16mm、高度8mm的圆筋；方案4在压边圈上布置一圈直径Ф16mm、高度8mm的圆筋，在后围下部额外布置1条相同参数的圆筋，同时在凸模型面外轮廓布置1圈直径较大的工艺筋。对这4种工艺方案采用相同的模拟参数得到图4所示的成形极限图（FLD）。方案拉延均出现大面积的不充分现象，这将直接影响产品的刚度；同时产品表面均出现起皱现象和趋势，涂装后该缺陷会显现而影响美观，根据筋的数量和位置的不同，起皱呈现减小趋势。充分验证了后围属于浅拉延件的分类特点，要想使之充分变形，必须在工艺补充面上设置较大的工艺筋，根据经验沿工艺补充周边（凸模型面轮廓处）设置Ф36mm的圆筋。选取模面上有代表性的6个位置点，分别为压料面（1点）、窗口工艺补充（1点）、产品表面（4点），对上述6点的主应变值进行对比分析。一般认为，汽车覆盖件冲压成形时应变达到3%~5%才能有较好的形状冻结性，最小伸长变形量不应＜2%[2]。每种方案相比前一方案的主应变均有提高，其中方案4比其它方案的主应变提高较为明显，且除窗口工艺补充主应变比较小之外，其他各处应变均＞3%，可以满足最小伸长变形量要求，因此决定采用方案4。

1.2润滑条件的选择

冲压调试时，毛坯与模具接触面的润滑条件对拉延过程是至关重要的。由经验数据可知，钢与铸铁模具的常温摩擦系数一般取0.12左右（模具精研）；如果在毛坯的上、下表面均涂抹润滑油加垫塑料薄膜（试制），可以降低摩擦系数。为了证明降低摩擦系数对扩大拉延成形极限的效果，取润滑时摩擦系数为0.08进行模拟，

1.3试制模具结构设计的关键控制因素

（1）减重结构的设计是否合理？型面、外壁和立筋的厚度选择是否合理？目前试制模具根据模具大小选用“345”、“456”两个系列的模具壁厚。（2）模具上各种用途的孔是否齐全？试制常用的有通气孔、激光定位孔、排水孔和起吊孔等。（3）合理设置加工面与非加工面的，以便减少数控加工区域。（4）是否需要设置导向装置？导向装置在拉延全过程中是否都起作用？特别是压边圈的高度要满足图7要求，以保证压边圈内侧的导向在推杆顶起过程中始终与凸模的导向面进行接触。（5）确认料厚间隙、凸模与压边圈的间隙、导向面之间的间隙等。（6）模具安装用U形紧固槽的位置和尺寸是否合理。（7）起吊装置是否可靠无法布置起吊装置的需要在铸造时根据标准和工艺要求在特定的位置预埋起吊螺母。

2模具制造与冲压调试

2.1模具制造流程

消失模泡沫数控加工→泡沫组装→尺寸和余量确认→粘工艺橛和吊耳→预埋起吊螺母→排水孔布置→铸造→铸造模具的确认→龙门刨刨底面→数控加工凸、凹模型面→钻孔→刻线→刷漆。

2.2试制模具制造过程的关键控制点

模具的制造过程涉及铸造和数控加工两个工艺过程，有如下几个关键控制点。（1）泡沫材料的选择是否正确？（2）必须确认模具型面的厚度和预留数控余量是否满足设计要求？工艺橛的设置是否合理？减重孔的设置是否合理？（3）确认铸造模具的材料和铸造缺陷。（4）确认模具加工的精度、表面质量和余量，凸模是否完成产品修边线、孔及孔位中心线的的刻制？刻线深度是否达到要求？（5）模具是否设置了加工基准孔和基准面？模具上的各种孔位是否加工完全？

2.3冲压调试流程

确认模具状态→型面抛光→间隙研磨→修模→模具装配→试压→调模→确定毛坯尺寸→冲压→制作激光切割夹具→激光切割。

2.4冲压调试过程模具

首先需要抛光，特别是外板类模具需要将数控加工的刀痕完全去掉；抛光结束后，将凸、凹模反装在2000t压力机上，利用0.8mm的条状料片进行凸、凹模的定位；然后进行着色检查，外板模具的型面着色率要达到80%以上；间隙确认完毕后即可开始拉延调试，根据工艺图纸和技术要求装配模具，下料试压，根据拉延结果修整模具，直至出现合格拉延件。根据经验和模具型面特点，经过初步分析计算，决定采用1600mm×2100mm的毛坯。拉延后发现压料面上起皱严重且工艺补充处也出现起皱，这是由于凸、凹模不能完全贴合导致了拉延不到位。，经过调整，采用1500mm×2080mm毛坯后，该现象消失，达到设计要求。拉延结束后需要进行激光切割。由于该件不能以型面的内表面为支撑制作激光切割支架，需要利用外表面制作激光切割支架，最终得到合格的制件。

3结束语

（1）模具结构设计的规范性比以前有较大的提高，模具轻量化水平显著提高。

（2）同样的相似车型后围工艺为拉延+手工翻边，经过优化设计和cae分析一序成形即可，节省费用和周期。

（3）积累了大型覆盖件模具设计和制造质量控制的经验，为后续更多车型的试制奠定基础。

作者：巍岩石玫张一鹏谯波单位：中国第一汽车股份有限公司技术中心