劉鑫 張鑫華

【摘 要】隨著汽車用量的不斷增加，我國的汽車行業(yè)得到飛速的發(fā)展，汽車覆蓋件金屬模具的快速制造技術(shù)越來越重要。大力發(fā)展汽車覆蓋件金屬模具快速制造技術(shù)，有利于提高汽車覆蓋件的質(zhì)量，促使汽車整體性能的提升。基于此，本文主要分析汽車覆蓋件沖壓模具精細化設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】汽車覆蓋件；沖壓模具；精細化設(shè)計

引言

汽車覆蓋件作為汽車的一個重要組成部件，具有材料薄、樣式多等特性，成為當前汽車制造行業(yè)的研究重點。覆蓋件的成形是一個非常復雜的力學過程，覆蓋件的成形設(shè)計是一個難點。采用傳統(tǒng)的設(shè)計方式和計算方法，顯然不能滿足現(xiàn)有覆蓋件成形設(shè)計的要求。

1、汽車覆蓋件金屬模具快速制造技術(shù)實現(xiàn)途徑

汽車覆蓋件金屬模具的主要功能是用于生產(chǎn)汽車覆蓋件，關(guān)系著汽車覆蓋件的質(zhì)量、尺寸的精準度等，所以需要保證汽車覆蓋件金屬模具的尺寸、精度、表面質(zhì)量，這樣才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的汽車覆蓋件。在汽車覆蓋件金屬模具快速制造過程中，必須要控制好每個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)精度，消除會影響精度的各種因素[2]?，F(xiàn)階段，我國在對模具快速制造技術(shù)進行研究時，重點研究的是工藝步驟的可靠性，比較關(guān)注模具的快速制造質(zhì)量和精度。但是，沒有將模塊快速制造作為一個集成的系統(tǒng)來研究，使得研究過程缺乏全面性，沒能將不同環(huán)節(jié)的工藝精度聯(lián)系起來，不明確其相互之間存在的影響，以及系統(tǒng)累積效應(yīng)。在對汽車覆蓋件金屬模具的快速制造技術(shù)進行研究時，應(yīng)形成一個閉環(huán)模式，在CAD三維設(shè)計中對累積誤差反饋，并利用輸入端對數(shù)據(jù)進行修改，通過逐次迭代的方式，制造出高精度的汽車覆蓋件金屬模具。在模具的快速制造過程中，會涉及到比較多的集成工藝環(huán)節(jié)，所以在對不同工藝環(huán)節(jié)的精度進行控制時，難度會比較大。通過閉環(huán)精度控制模式，可將各影響工藝過程的因素累積起來進行集中控制，實現(xiàn)對CAD數(shù)據(jù)、CAE仿真優(yōu)化參數(shù)的直接修改，使汽車模具快速制造精度得到有效的保障。

2、汽車車身沖壓工藝

沖壓工藝具有以下特點：用于形狀復雜的薄壁零件，且經(jīng)過沖壓工序后零件的強度提高、質(zhì)量變輕、剛度增大。沖壓件表面光滑且具有較高的精度尺寸，可滿足一般互換性要求，在同一批沖壓件中可互相替換。簡化了操作，提高了自動化程度。進行大批量生產(chǎn)時可有效節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率。

沖壓材料：沖壓工藝對沖壓材料的要求極為嚴格，沖壓用材料必須具有良好的延展性、塑性、彎曲性、凸緣拉伸性等性能。如果所選的材料與零件形狀、沖壓模具設(shè)計和加工條件不相適應(yīng)時，將產(chǎn)生斷裂、褶皺、成型不完整（開裂、凸包、拉毛、波浪、回彈）等缺陷。目前，常用的沖壓材料包括冷軋鋼板、熱軋鋼板、表面處理鋼板等材料。

沖壓工藝方案：沖壓工藝一般包括沖裁設(shè)計、切邊設(shè)計、彎曲、翻邊等工序。各個工序階段都有嚴格的工藝要求保證沖壓的質(zhì)量。以汽車發(fā)動機箱蓋為例，其沖壓工藝如下：下料拉伸——切邊、沖孔——豎邊——翻邊——壓印、沖孔——檢驗；工藝流程為：拉伸——切割——整形——翻邊——沖孔——切割——檢驗。正常工藝可能無法完成零件的加工，需要工藝補充。工藝補充的設(shè)計原則如下：內(nèi)孔封閉的原則；簡化拉伸件結(jié)構(gòu)形狀原則；保證良好的塑性變形條件，有些沖壓件深度較淺、曲率較小，但輪廓尺寸較大（發(fā)動機箱蓋），必須保證坯料在拉伸過程中具有足夠的塑性變形量，才能保證沖壓件滿足形狀精度要求和剛度要求；外工藝補充部分盡量?。环奖愫罄m(xù)工序加工的原則。

汽車覆蓋件沖壓關(guān)鍵工藝：汽車覆蓋件的沖壓方向，如：拉延方向、修邊方向、翻邊方向、沖孔方向、非必要負角問題、空間曲線的修邊線問題、非必要曲面孔問題、特征太密與結(jié)構(gòu)突變問題、復雜曲面的圓角、轉(zhuǎn)角、球面等問題。此外，翻孔的結(jié)構(gòu)問題，正規(guī)孔和異型孔的翻孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計與沖壓工藝有關(guān)，分為兩序孔和三序孔，如沒有功能要求應(yīng)盡量采用拉延、沖孔的翻邊結(jié)構(gòu)。在覆蓋件關(guān)鍵部位采用余料吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計，在一些容易起皺和拉裂的部位設(shè)計一些反向特征，減小由于起皺和拉裂引起的材料缺失等問題。最后，覆蓋件的設(shè)計基準也影響模具的設(shè)計，模具通常根據(jù)設(shè)計基準保證基本拉延的拔模角。

3、汽車覆蓋件沖壓模具精細化設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

3.1、金屬電弧噴涂或電刷鍍制膜技術(shù)

金屬電弧噴涂技術(shù)需要經(jīng)歷四個階段，先對母模的噴涂進行準備，再對基體進行處理，然后是金屬電弧的噴涂，最后再對背襯材料進行填充。在汽車覆蓋件金屬模具的快速制造中引用此技術(shù)，最關(guān)鍵的是要確定好梯度材料的結(jié)構(gòu)，其不僅能夠保障模具的整體性能，還能簡化模具的制造工藝。梯度結(jié)構(gòu)主要由五部分構(gòu)成，首先是高強度的水泥層；其次是金屬粉混合背襯材料層，其核心是樹脂、金屬粉和加強纖維；再次是玻璃鋼加強層；第四是電弧噴涂層；最后是刷鍍層。刷鍍層能夠提升模具表面的硬度，增強其耐磨性。通過構(gòu)建金屬噴涂層，則可增強模具的修磨性和強度。在對母模的噴涂進行準備時，常用的方法有三種。首先，將RP原型利用起來，或者將其原型翻制而成的石膏過渡模型利用起來，作為母模。其次，利用石膏、塑料及木材等材料進行數(shù)控加工。最后，利用實物樣件，構(gòu)建石膏過渡模型。

3.2、超高速加工技術(shù)

超高速加工技術(shù)是指利用高自動化、高柔性和高精度的能實現(xiàn)高速運動的制造設(shè)備，采用超硬切削刀具或磨具，以超高切削速度來提高材料切除率，達到高加工精度和質(zhì)量的先進加工技術(shù)。超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。通常把切削速度是常規(guī)的5～10倍以上的切削加工稱為超高速切削。超高速切削時，切屑為碎片狀而不是普通切削的帶狀，95%的切削熱被切屑帶走，切削力降低30%；此外，超高速切削時設(shè)備的激振頻率特別高，其頻率范圍遠離了“機床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率，因此機床工作平穩(wěn)，加工的工件精度極高、表面質(zhì)量極好、工件表面殘余應(yīng)力極小，可直接達到精加工要求，材料切除率相應(yīng)提高若干倍。與超高速切削一樣，超高速磨削具有效率極高、磨削力極小、磨出的工件表面粗糙度值極低、砂輪壽命長等優(yōu)點。因此，超高速加工可以提高加工工件質(zhì)量和生產(chǎn)率、節(jié)約能耗，是一個很好的綠色加工工藝。

3.3、干切削技術(shù)

干切削加工是指加工過程中不用或僅用微量切削液，這是一種從環(huán)境污染源頭上進行控制的清潔環(huán)保新型綠色制造技術(shù)。干切削加工技術(shù)不僅沒有切削液對環(huán)境的污染，而且省去了與切削液有關(guān)的傳輸、過濾、回收等裝置和費用，簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)、降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，形成的切屑又干凈、清潔、無污染，便于回收和處理。干切削時沒有切削液的冷卻，刀具溫度比濕切削高得多，因此：刀具材料應(yīng)具有良好熱硬性和高溫韌性、高的耐磨性和抗粘結(jié)性能、低的摩擦系數(shù)；刀具的幾何形狀要適合干切削的特點，槽型應(yīng)保證排屑流暢、易于散熱。目前，干切削刀具主要使用超細顆粒硬質(zhì)合金、立方氮化硼、聚晶金剛石、SiC晶須增韌陶瓷及納米陶瓷等材料制造。

結(jié)束語

盡管國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展迅速，但沖壓工藝和模具設(shè)計與國外技術(shù)仍存在較大的差距，無法生產(chǎn)高端的汽車沖壓件，嚴重阻礙了我國高端汽車行業(yè)的發(fā)展。對沖壓工藝與沖壓模具設(shè)計技術(shù)的研究對我國高端汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，借鑒國外先進技術(shù)，并不斷投入研發(fā)人員，可以實現(xiàn)高端汽車車身沖壓件的制造，打破國外技術(shù)壟斷。

參考文獻：

[1] 韋榮發(fā)，黃崢松，麥育智，黃文平.汽車覆蓋件激光拼焊門內(nèi)板成形缺陷研究[J].模具制造，2018，18（06）：1-5.

[2] 楊燦.汽車覆蓋件金屬模具的快速制造技術(shù)的研究[J].世界有色金屬，2018（06）：277+279.

[3] 周多營，廖龍.汽車模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計中的常見問題及對策研究[J].中國設(shè)備工程，2018（09）：47-48.

[4] 韓佳，馬艷.汽車覆蓋件沖壓模具設(shè)計研究[J].小型內(nèi)燃機與車輛技術(shù)，2018，47（02）：57-60.

（作者單位：1長城汽車股份有限公司天津哈弗分公司；

2天津清源電動車輛有限責任公司）