汽车覆盖件冲压模具精细化设计的关键技术研究

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1、上海交通大学工学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1课题背景与意义1.1.1课题的背景1.1.1.1覆盖件模具在汽车制造业中的重要作用汽车工业是国民经济的支柱产业之一。由于中国的经济稳定性好、中高收入群体逐渐状大，轿车需求会保持良好趋势。2010年前，轿车需求年增长速度有望保持[1]在20%以上，2010年轿车销量预计会突破1000万辆。模具是实现产品社会化大生产的关键性工具，而汽车覆盖件模具更是汽车制造实现大批量生产的主要工艺装备。覆盖件模具设计制造周期的长短和质量，对新车型的开发周期、汽车产品的质量和竞争力有着直接的影响。汽车覆盖件作为汽车的外形主体，是市场上变

2、化最快、产品生命周期最短的汽[2]车组成部分。车身造型的空气动力学和美学要求使得汽车覆盖件的型面日趋复杂。大型汽车覆盖件模具的设计制造是汽车制造业的关键技术之一，也一直是制约我国汽车工业发展的一个瓶颈环节。在这方面，我国与工业发达国家相比还有相当大的差距。究其原因，一是设计制造周期太长，二是制造质量和可靠性较差。特别是覆盖件模具设计制造周期长，这是汽车生产厂家所无法接受的。全国各大汽车公司每[3]年耗资十几亿元采购海外模具，成为国产整车制造成本高居不下的主要原因之一。1.1.1.2合模率是覆盖件质量评价的重要标准汽车车身外形由许多轮廓尺寸较大且具有空间曲面形状的覆盖件

3、焊接而成，覆盖件表面质量的好坏将直接影响车身质量。因此对覆盖件的尺寸精度和表面质量有较高要求。车身覆盖件要求表面平滑、棱线清晰，不允许有皱纹、划伤、拉毛等表[4]面缺陷，同时必须具有足够的刚性和尺寸稳定性。汽车覆盖件模具的制造和调试，会直接影响覆盖件的成形质量。覆盖件模具在高频次工作时的稳定性是模具性能最基本和最重要的保证，而要保证模具工作时的稳定性就必须保证凸、凹模动态配合时的精度。模具动态配合精第1页上海交通大学工学硕士学位论文第一章绪论度分为导向配合精度和功能面配合精度，主要体现在上下模贴合率（即合模率）的高低上。国内汽车厂商在覆盖件模具验收时，通常均要求合模率

4、达到90%以上，合模率越高，则模具的动态配合精度越高。为了达到规定的合模率（90%左右），模具钳工通常以凸模为基准，对加工后的凹模进行研配。通过着色法在制件的正反面涂上蓝油或红丹粉，由上下模在涂色制件上的接触斑点来确认其贴合率。制件的着色均匀代表压边力、成形力都均匀地作用到制件上，着色不均匀则代表模具合模时局部间隙小，力集中作用在局部。因此，汽车公司在验收模具时，都严格规定着色方法和比率，以此来判定模具是否达到要求。当各个部位间隙误差在0.03mm左右时，着色率可达到要求，其型面配合精度也就达到了要求，如图1-1所示，是着色合格后的后地板制件。图1-1钳工处理后着色合

5、格的制件Fig.1-1Eligiblyrenderedworkpieceprocessedbylocksmith1.1.1.3数值仿真技术在汽车模具中应用广泛随着计算机技术与板料成形有限元数值仿真技术的不断发展，利用板料成形数值仿真技术对板料变形过程进行分析，可以获得板料变形过程中的变形形态、应力应变分布及力能参数大小等大量信息。仿真技术的应用可大大缩短新产品开发周[5,6]期，降低开发成本，提高产品品质和市场竞争力。近年来，基于成形过程CAE仿真分析的覆盖件模具设计方法得到了越来越广[7,8]泛的关注，各大汽车厂商和软件厂商都在对此进行着研究。已有研究资料表明：集成

6、CAD/CAE技术并成功地应用到设计中，汽车覆盖件的造型设计、模具设计、调试直至投产的整体周期将缩短1/2，模具制造成本降低1/3，其经济效益和战略效[9]益巨大。随着计算机软硬件技术的发展，众多融合了计算机图形学、有限元技术和塑性成形理论的模拟软件应用日趋成熟，例如PAM-STAMP、LS-DYNA、AUTOFORM、ABAQUS/EXPLICIT以及DYNAFORM等。美国的GM、Ford、第2页上海交通大学工学硕士学位论文第一章绪论Chrysler，德国的大众、奔驰，日本的丰田、三菱、日产等大型汽车制造公司，已[6]应用这类软件指导板料成形件的开发和生产，取得了

7、良好的经济效益。1.1.1.4模具精细化设计概念逐渐引起重视目前很多模具企业通过数值仿真技术反复修改有缺陷的设计和调整成形的工艺参数，在利用数值仿真技术对模具设计方案进行可成形性分析方面取得了长足的进步。但这只是将传统的模具试错法转移到数值仿真软件上进行。如何有效利用仿真分析结果，使仿真技术由单一的验证作用转换为指导、优化设计，是目前普遍需要解决的问题。模具精细化设计技术针对设计过程中的细节问题，从源头上改善模具品质。随着模具精细化设计概念的提出，模具设计制造的多次反复将逐渐减少，模具一次成功率将会得到提高。利用模具精细化设计技术打通制约模具开发周期