汽车底盘件（精选十篇）
汽车底盘件 篇1
关键词：汽车覆盖件,冲压,工艺设计
1 引言
汽车覆盖件是指覆盖发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄板异形体零件。同一般的冲压件相比,它具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和质量要求高等特点。由于汽车覆盖件属于外观装饰性零件,它不仅要满足结构上的功能要求,更要满足表面装饰的美观要求,因此对表面质量要求很高,表面必须光顺,不允许有任何皱裂和拉痕等缺陷。这给覆盖件成形的关键工序例如拉延,提出了很高的要求,而传统的手工设计制造方法难以保证拉延件的质量,这也是车身制造技术的难点和关键。近年来,国内外各大汽车制造企业都将车身外形的设计和制造能力作为衡量汽车,特别是轿车车型开发水平的重要标志,为此,世界各国均投入了大量的人力和财力开展汽车覆盖件设计及其制造技术的研究与开发。合理的成形工艺设计决定覆盖件能否顺利成形的关键,它将直接关系到产品的质量、成本、生产效率以及模具的使用寿命等方面。覆盖件工艺设计及其关键技术已成为人们研究的热点。
2 国内外研究现状
当今世界各国都将汽车工业作为国民经济的支柱产业之一,竞争日趋激烈。衡量汽车工业特别是轿车工业发展水平的重要标志是车型的自主开发与设计能力。克莱斯勒公司在1987年选择了法国Dassault Sys2ftem公司开发由IBM公司销售的CATia软件,作为设计开发新车型的基本CAD工具,后来又购买了Parameltc Technology公司的Pro/Engineer系统作为补充,在工厂布置设计方面,使用Auto CAD及integraph的软件,在CAM方面,克莱斯勒使用CATia以及Dassault开发的数字制造过程系统(DMAPS)程序美国通用公司的模具CAD/CAM系统包括CSG系统,GMFORM系统,TRACS系统,PACS系统。此外,其它的汽车公司也都开发应用了CAD/CAM系统,如马自达公司,富士重工业公司、AU2TODIE公司和富士铁工所等都采用了模具CAD/CAM,以增加市场竞争力[1]。
国内的CAD/CAM技术近几年也有所发展。如华中理工大学目前正致力于多工位精密级进模CAD/CAM项目的研究;中科院软件工程研制中心于93年开发出冲模CAD系统PICAD;北航的PANDA系统;清华的GEMS系统;浙大的MESSAGE系统等。
3 冲压成形工艺
工艺设计即针对具体覆盖件的形状、结构特点安排成形工序步骤,考虑相应的模具结构,选择材料规格并考虑利用率及选择合适的设备。覆盖件的成形一般由落料(或剪切)、拉深、修边、翻边、整形、冲孔、弯曲、胀形、切口等基本工序按需要排列组合而成,典型结构的覆盖件一般需要4~6道工序[2]。工艺设计中需要考虑的因素很多,主要有以下几个方面:
(1)研究冲压成形性能及加工方法、加工性能。(2)设计工序最少且又能满足覆盖件性能要求的方案。大批量生产时,应尽量把多工序合并成一道工序,小批量则用单工序模。(3)初步确定模具结构及影响强度、寿命的尺寸。(4)根据覆盖件的大小计算冲压力,决定各工序所使用的设备。(5)以冲压为主重新讨论工艺设计,因为即使是最好的设汁师,也不可能精通各部门的工作,通过讨论则可收集到大量的第一手资料,从而提高设计水平。分析讨论时要邀请质量控制、模具制造、调试和使用等部门人员参加,并做好记录。(6)经济分析,以降低成本、提高效率为目的。
4 模具设计
覆盖件模具的精度要求高,结构复杂,并对材质有较高的要求,使得其设计制造相当困难。目前,覆盖件模具普遍存在的问题是:模具设计的科学性差,对经验的依赖性强,试模周期长,重新设计的次数多,需要反复修改试制才能满足要求,增加了成本,降低了企业竞争力。如下主要研究一下汽车覆盖件成形模具设计中的几个关键问题。
(1)冲压方向:冲压方向设计合理与否,不但决定了能否拉延出满意的拉延件来,而且影响到工艺补充部分的多少和压料面形状。有些形状复杂的拉延件往往会由于冲压方向确定不当,而拉延不出满意的拉延件,只好改变冲压方向,这样就需要修改拉延模。有些拉延模是很难或无法修改的,需重新设计和制造拉延模,同时还必须相应地修改拉延以后的冲模,所以冲压方向必须慎重考虑和确定。
确定冲压方向首先应保证凸模能够进入凹模。也就是保证凸模在拉伸终了时,应能进入拉伸件成形所要求的每一个角落,不应出现凸模接触不到的死角和死区,这样才能够使拉伸件成形。另外,凸模开始拉延时与拉延毛坯接触面积要大。接触地方要多、分散,有两个以上的接触地方,最好同时接触;而且接触地方应靠近中间。这样,才能保证拉伸时的应力比较均匀。而不至于产生拉裂;保证材料能够均匀拉入凹模,拉伸开始时毛坯不窜动,拉伸过程平稳。
(2)压料面:压料面是指位于凹模圆角半径以外的那一部分坯料。压料面的作用是在压边圈与凹模作用下,板料在拉深时既能合理流动,又不会起皱破裂。从压边面的横断面看,平的压边面效果最好,但受覆盖件的复杂性限制,覆盖件的压边面一般都是锥形或碗形,其特点是既能降低拉深深度,又便于坯料流动,坯料能服贴地放在凹模上,从而减少工艺补充面。
(3)工艺补充面:工艺补充面是拉深件不可缺少的组成部分,但在后续修边工序中要被切除,成为工艺废料。根据所起的作用不同,工艺补充面可以分为三种类型:为折边、翻边和凸缘展开后的过渡而增加的工艺补充面;为改善覆盖件的拉深条件而增加的工艺补充面;为增强覆盖件刚度而增加的工艺补充面。所以,在保证覆盖件能顺利成形的前提下,应尽量减小工艺补充面,以提高板料利用率。若工艺补充面过大,不仅浪费材料,而且牵制了坯料的流动,增加了变形阻力,使得制件成形时破裂的可能性加大,这是应该避免的。
5 常见缺陷及处理方法
(1)破裂:金属板料在成形过程中,当变形超出材料的成形极限时,常会出现颈缩失稳,进而发生破裂。破裂主要发生部位:凸模端部、侧壁、凸模圆角部位、法兰部分、拉伸肋部分等[3]。发生在内凹形曲边成形及内缘翻边边缘处的裂口一般称为边缘破裂。产生边缘破裂的原因有两种,一种是毛坯边缘状态差,另一种是因边缘的材料塑性变形超过材料容许值所至。对于拉伸破裂,要设法减少初始破裂处最大主应变方向的进料阻力,可以通过调整凸、凹模圆角半径、压料面不设增阻部分,适当增大模具间隙等方法来改善。
(2)起皱:起皱也是覆盖件拉延中常见的缺陷之一,变形的板材内的压应力、剪应力、不均匀的拉应力、流入模腔的料过剩都会产生皱纹。例如压料面上的起皱是由于法兰变形区内切向应力引起的失稳起皱,侧壁部位的皱纹是由于材料不均匀流人引起的。解决这类起皱主要措施有:
(1)通过工艺补充改善其工艺性。如:适当减少拉深深度,避免形状急剧变化,轮廓转角半径R、纵断面圆角半径r、局部转角半径合理化,减少平坦部位,增设吸皱的形状。(2)模具设计时采用合理的凹模圆角半径、模具断面形状,对起皱部位进行预压,减少模具间隙,合理选取拉深筋的位置与分布。(3)冲压条件方面的措施适当加大压边力,控制润滑及润滑部位,选择适当的冲压速度。
(3)回弹[4]:回弹是工件在冲压加工终了的卸载过程中,由于弹性应变能的释放和残余应力的重新分布而引起的工件形状与尺寸相对理想零件的偏离。可以通过改进工艺方法和模具结构,来改善板材在成形过程中的应力状态,减少板材的切向压应力,增大径向拉应力,使变形区的材料应力状态满足塑性条件。
6 发展趋势
伴随计算机技术、智能技术和电子信息技术的飞速发展,汽车覆盖件冲压工艺设计技术的发展应与先进制造技术、智能技术、电子信息及计算机集成技术等众多学科相互交叉、紧密结合,这代表着该领域21世纪的科技发展方向,具有经济性、前沿性和战略性。在可以预见的未来,汽车覆盖件冲压工艺设计将会在以下方向上得到长足的发展:
(1)多种方法的混合智能新技术:单一的智能化方法将无法完成汽车覆盖件复杂的工艺设计,扬长避短的混合智能新技术将是解决该领域问题的一个发展途径。如KBE技术、工艺决策推理机制、人工神经网络(ANN)、遗传算法(GA)、Pet ri网等智能化技术及并行工程、CIMS思想等的混合决策技术和多智能体技术的综合智能体系。
(2)工艺设计关键部分的各个突破和集成设计:拉延冲压方向、工艺补充面、压料面、拉延筋的设计是覆盖件工艺设计的关键部分,因其复杂性,不少人员采用各个击破的方式对其分别进行了具体研究,实现一定程度的交互或优化设计,目前这些部分的研究仍有待继续深入进行。同时覆盖件工艺设计是一个整体性、系统性的研究目标,应加强它们之间及与其它部分的关联和集成,提高工艺设计的整体水平。
(3)数值模拟技术的成形模拟应用:目前,数值模拟技术已广泛应用于覆盖件成形性检验、工序件设计结果检验中,CAE已成为覆盖件工艺设计的检验工具和工程人员修改工艺设计的有力依据,在某些部分还成为优化设计的依据和基础。图1为传统的汽车覆盖件的开发和使用计算机模拟的开发过程对比,从图中左右对比可以看出,传统的汽车覆盖件的开发过程不但开发周期长,而且费用高,采用了计算机模拟的开发过程之后,则大大降低了成本,缩短了开发时间,提高了产品质量,增强了产品的竞争力。
7 总结
本文详细介绍了汽车覆盖件的国内外发展现状,分析了其冲压成形工艺及其模具设计,阐述了汽车覆盖件成形常见缺陷及一般处理方法,并对汽车覆盖件发展方向及前景做了展望。
参考文献
[1]程迎潮,刘罡,范国辉.国内外轿车覆盖件冲压模具设计.锻压装备与制造技术.2004.39(4),26～29.
[2]陈娴.汽车覆盖件冲压成形简析.设计与研究.2001.2,8～11.
[3]但文蛟,王耘,胡树跟,张平.板料成形CAE技术.模具技术,2002.3:37～40.
汽车底盘件 篇2
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！
更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、砂轮、自动化、数字无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、激光焊接，钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展。
安全、舒适、节能和环保一直是世界汽车工业发展的主题。激光焊接工艺在汽车工业领域尤其得到重视和广泛应用，其中汽车覆盖件是激光焊接的五大类之一。激光焊接已经成为车身覆盖件制造的标准工艺！
激光焊接运用于汽车上可以降低车身重量、提高车身装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本。
德国人是早把激光焊接技术运用于汽车，在20世纪90年代中期，BMW公司利用激光焊接机器人完成了BMW5系列轿车的第一条焊缝，焊缝总长度达12m。
德国大众Touran轿车的激光焊缝总长度达到了70m。随后，奥迪、速腾、高尔夫及Passat等品牌的车顶采用了激光焊接技术，通用、丰田、福特、宝马、奔驰等公司陆续均采用了激光焊接技术。
以下四种典型的应用与汽车覆盖件方面发激光焊接工艺
一、激光自熔叠焊汽车覆盖件激光焊接工艺
当功率密度达到一定的范围（106~107 W/cm2）的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽逸出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿入更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两工件焊接在一起。
对于激光自熔叠焊工艺而言，其影响因素较多。除了材料本身的影响外，主要有以下几个方面： 影响因素
1、激光功率
激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，工件仅发生表面熔化，熔深很浅，也即焊接以稳定热传导型进行；一旦达到或超过此值，等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行，熔深会大幅度提高。如果激光功率低于此阈值，激光功率密度较小时，会出现熔深不足甚至焊接过程不稳定。
2、焊接速度
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得大熔深。
3、离焦量
为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。离焦量的变化直接影响焊缝宽度与深度。
4、保护气体
激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，但在大多数应用场合常使用氩、氮、氦等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化，同时可以吹散等离子体。缺点
焊接厚度有限；工件装配要求高；激光焊接系统一次性投资成本较高。主要应用案例 ：汽车四车门、顶盖、侧围等部位
二、激光远程焊接白车身激光焊接工艺
远程焊接借助的是振镜扫描头来实现的（如下图所示），其激光束定位方法不同，激光束入射到扫描振镜的X、Y轴两个反射镜上，计算机控制马达精准调节反射镜的角度，实现激光束的任意偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦在加工工件表面的不同位置，实现焊接功能。优势
其定位精度高、时间短、较一般激光自熔焊的焊接速度快、效率高，焦距长，不会与焊装夹具干涉、光学镜片污染少；可定制任意形状焊缝以优化结构强度等。与电阻点焊相比，激光远程焊接技术充分发挥了单侧，非接触式激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫
描振镜具有的优势相结合，大大缩短了焊接时间，提高了总生产效率，可有效用于日益增多的汽车覆盖件及零部件焊接。缺点
它对来料及装配精度要求比较高，主要是焊缝处两面的贴合精度；当工件厚度过大时，焊缝深宽比增大，焊缝处剪切强度低，主要适用钣金厚度低于2mm的连接，如汽车覆盖件等。主要应用案例：如汽车四门内板分总成、A、B、D柱内板总成车门、天窗总成等
三、激光钎焊白车身激光焊接工艺
激光器发出的激光束聚焦在焊丝表面上加热，使焊丝受热熔化（母材未熔化）润湿母材，填充接头间隙，与母材结合，形成焊缝，实现良好的连接。影响因素
1、光斑直径。
光斑直径对钎料的铺展影响较大。光斑直径过小，激光集中在钎料上，对母材的加热不足，钎料在母材上铺展时冷却过快，使钎料不易铺展；光斑直径过大，如果激光功率不够则无法及时熔化焊丝，如果激光功率足够则会严重烧损母材。对于卷对接接头，光斑直径与焊缝宽度（填充面宽度）基本一致时，钎料的铺展会较充分。
2、激光功率。
焊丝熔化的速度取决于激光能量的大小，即激光功率。当激光功率不足时，焊丝熔化速度慢，铺展不充分，生产效率低；当激光功率过大时，焊丝熔化速度快，如果送丝速度跟不上，则焊缝的铺展会间断。激光功率的值受设备限制，调节激光功率的大小要考虑其与焊接速度及送丝速度的匹配。
3、焊接速度。
焊接速度决定作业时间的长短和生产效率的高低，所以应根据设备可提供的激光功率的大小选择适当的焊接速度以提高生产效率。通常焊接速度越快，生产效率越高，但对于半径较小的圆弧段焊缝或过渡段焊缝，过快的焊接速度产生的离心力将会阻碍熔融钎料的铺展，使焊接过程不稳定。
4、送丝速度。
选定了焊接速度之后，需根据焊缝填充量的多少来匹配适当的送丝速度。送丝速度过快，焊缝表面会出现钎料的堆积，影响外观质量，送丝速度过慢则会使焊缝表面出现下陷，过少的填充量会影响焊缝的焊接强度。优势
焊缝成形均匀美观，密封性好，焊缝强度高。缺点
钎焊接头力学性能主要由钎料保证，接头强度相对较低，耐热性差，且焊前清理要求严格。激光钎焊质量缺陷造成的原因。
钎焊丝校准：焊丝没有穿过焦点中心，焊丝距离焦点的长度过长或过短。钎焊丝温度：焊丝预热温度错误。间隙尺寸：部件之间的间隙尺寸不均匀。焊接速度与送丝速度的不匹配。
出光的控制：激光器和送丝机的开关点可能与加工过程不相符。难点
编程示教工作量大，工装夹具结构复杂，重复定位精度要求较高，加工轨迹的开始和结尾段难以控制。
主要应用案例：行李箱尾盖、顶盖和侧围的流水槽、C柱等
四、激光-电弧复合焊白车身激光焊接工艺
激光复合焊是指在焊接时使用激光束和电弧等离子体热源进行有机复合而构建的新型焊接热源共同加热母材焊接区域，形成共同的熔池，使待焊工件的不同部分有效连接的一种新型焊接工艺方法。
激光-电弧复合焊接由于同时有激光热源和电弧热源的作用，因此其兼有激光焊接和电弧焊接的优点，与纯电弧焊接相比，激光电弧复合焊接焊后变形小，熔深大，能明显提高焊接效率，与纯激光焊接相比，可提高焊接装配间隙的适应性，并且焊缝成形饱满，所以在焊缝成形的控制以及焊接间隙的容许误差两个方面具有明显的优势，具有良好的综合经济性。另外，由于电弧的热作用范围、热影响区较大，使得焊接时温度梯度减小，降低了冷却速度，相对激光自熔焊使熔池的凝固过程变得缓慢，减少或消除了气孔及裂纹出现的可能，也可改善焊缝和热影响区的组织性能。
1、能量利用率提高，焊接过程稳定性增强。
激光焊接时产生的光致等离子体，会严重影响到焊接过程的稳定性，降低能量的利用率，而加入了电弧后，电弧的介入可以稀释光致等离子体，增加激光的穿透能力，提高焊接的稳定性。
2、焊接熔深增加
采用激光电弧复合焊时与单独采用激光束焊接相比，熔深大约可增大20%。
3、焊接速度提高，焊缝成形改善
在一定的工艺条件下，复合焊接的速度可达MAG弧焊的三倍左右，是激光自熔焊的1.5倍左右，同时可改善熔融金属的浸润性，避免咬边等缺陷出现。
4、降低工件装配要求，间隙适应性好
电弧的存在使接头间隙允许范围变宽，即使在间隙宽度超过光斑直径时也可以实现连接，也避免了单纯激光焊时可能存在的一些焊接缺陷等。
5、降低激光器功率要求，成本大幅降低
采用复合热源后，可以大大降低激光器的功率要求，可以实现较低激光功率下复合较低成本的弧焊热源来获得较大的熔深，使设备成本大幅降低。主要应用案例：
在汽车制造业内激光复合焊也有大批量的应用，如一些铝质车门的焊接等。以德国大众VW Phaeton的车门焊接为例：为了在保证强度的同时又减轻车门的重量，大众公司采用冲压、铸件和挤压成形的铝件。车门的焊缝总长4980mm，现在的工艺是7条MIG焊缝(总长380mm)，11条激光焊缝(总长1030mm)，48条激光-MIG复合焊缝(总长3570mm)。
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！
汽车覆盖件模具制造技术 篇3
【关键词】汽车覆盖件模具；CAD/CAE/CAM技术；CAPP技术
汽车工业是推动我国经济发展的重要支柱，在我国国民经济中占有很大的比重。随着汽车制造行业的快速发展，其竞争变得越来越激烈，汽车覆盖件模具的制造中质量的好坏直接影响汽车的整体质量，这就要求汽车制造公司充分运用先进的技术，以提高汽车的质量。
一、CAD/CAE/CAM技术
在汽车覆盖件模具的制造中，一般都会涉及CAD/CAE/CAM技术，分别为计算机辅助设计（Computer Aided Design）、计算机辅助求解（Computer Aided Engineering）和计算机辅助制造（Computer-aided Manufacturing）。这三种技术主要应用在汽车覆盖件模具的设计制造环节。CAD/CAE/CAM技术依靠的设备主要有两种，即数控机床和计算机，还要采用数学、力学模型。CAD/CAE/CAM技术应用的范围也比较广泛，主要在模具设计、制造工艺以及模具成型分析等环节中具有重大的应用价值。
在汽车覆盖件模具的设计中，主要包括两个部分的设计，一个是工艺设计，另一个是结构设计。在汽车覆盖件的设计中，运用CAD技术，可以有效解决工艺设计中遇到的各种问题，比如曲面造型问题。另外，它还能解决结构设计中的复杂问题，从而提高设计的效率。
在汽车覆盖件的制造过程中，一般还需要用到CAM技术，这种技术跟传统的技术相比，具有生产周期短、加工精度高等优势。比如在车身开发环节中，传统的方法就是利用实物模型来指代车身表面的几何信息，这样的方法在传递的过程中容易发生很多问题，比如数据传递误差、模型发生变形等。而现在采用CAM技术之后，它可以将制造工艺模型这个环节省略，从而缩短生产周期。在CAM技术中，先将产品设计图、零部件的特征点元素以及工艺数据输入电脑，完成一系列的输入工作后，再利用相关的软件绘制出曲线和曲面，根据这些绘制出来的曲线和曲面建立数学模型，即关于零部件表面形状的模型，最后就可以生成数控加工所需要的刀具轨迹文件，从而加工所需要的零件表面。
在汽车覆盖件的制造中，其形状非常复杂，特别是在冲压成型的过程中，有一些情况比较不容易估计，比如板材成形性的估计，人们无法事先了解模具设计的正确与否，很多的问题都是模具成型后才显现出来，这样就会给后期的模具调试带来很大的困难。这里就需要用到CAE技术，它可以模拟冲压成型过程，这样能够提前发现问题，然后再结合计算机模拟功能对其进行改进，避免了一系列的问题，而且还缩短模具调试周期。
二、CAPP技术
CAPP，即Computer Aided Process Planning，意思是计算机辅助工艺过程设计，这种技术是连接CAD与CAM的纽带，其基本任务就是将某些数据（比如产品和零件的设计数据）进一步转换成与制造环境相适应的指令性要求，然后由制造厂家根据CAPP的规划的软硬件环境组织生产活动。这里的软件环境涉及多方面的技术文件，主要有加工方法、走刀线路、切削参数等；硬件环境则指的是一些制造设备的准备工作，主要有选定的刀具、机床、夹具等。CAPP技术可以通过优化汽车覆盖件的制造环境来降低成本、缩短生产周期，从而不断提高产品的竞争力。
在汽车覆盖件模具的制造中，需要建立模具CAPP系统，其方法一般有两种。第一种方法：先分析和归纳模具实际制造中所积累的知识和经验，得出足够的典型工艺卡，在此基础上对其进行变异、编辑处理工作，最后生成一种符合生产需要的工艺卡。使用这种方法时，特别需要注意做好以下两个方面的工作：一，在选择模具图纸时，一定要注意选择那些代表性比较强的图纸，然后再组织一些具有丰富经验的人员设计工艺文件，最后还要邀请一些技术专家结合各方面的影响因素，比如厂家的实际工艺水平、工人的技术水平、设备的状况等，认真讨论工艺方案的先进性和实用性；二，充分考虑汽车覆盖件模具的规律性，建立一个典型性比较强的工艺卡。第二种方法：结合汽车覆盖件模具零件的形状特征、热处理条件以及加工精度等问题，在此基础上对零件的加工特征进行归纳和提炼，然后定义零件的特征模型，最后开发出相应的模具CAPP系统。
三、结束语
综上所述，汽车产品的质量很大程度上取决于汽车覆盖件模具的设计和制造。因此，汽车制造厂家必须要注意引进先进的技术，汽车覆盖件模具的制造中涉及的技术，比如文中的CAD/CAE/CAM技术和CAPP技术，相关的技术人员应该不断加强研究，创新技术，提高产品的质量。
参考文献：
[1]孙亚东.汽车覆盖件模具斜楔机构关键技术的研究[D].华中科技大学，2011.
[2]陈寅.浅谈汽车覆盖件模具制造工艺[J].企业导报，2013（6）.
[3]曹振雨.浅谈汽车覆盖件模具设计与制造[J].精密制造与自动化，2013（2）.
汽车覆盖件逆向设计方法及应用 篇4
设计特点及方法
在汽车覆盖件逆向工程中, “设计”思想很重要。这里的“设计”是指逆向时原产品设计也要主观参与。根据产品的要求不同, 而进行逆向精度规划, “精度”是逆向建模后产品数模与原实物模型的一致性, 也就是符合程度, 对于符合性, 还要分清哪类或哪区是必须严格符合的, 哪些是可以参与到设计中的。因为原实物自身会存在一定的缺陷, 扫描时数据也可能存在瑕疵, 所以在考虑符合性时, 要注意到产品的合理性、光顺性和美观性, 在允许的情况下, 利用快速成型软件M A G I C S对其进行切片和快速加工成型, 将虚拟设计与逆向设计直接对接, 修正原实物的缺陷, 绝不是单纯盲目的追求符合性, 除非有别的相关存在的产品约束条件限制。
整车开发在进行逆向设计时, 要求必须控制好关联部件的配合关系保持数据的一致, 创建曲面或整理点线数据时, 要先创建装配与配合面, 然后设计各总成或部件, 再逐个完成各件内区域型面。
在对汽车覆盖件造型进行逆向设计时, 应该对本逆向开发零件和其他相关零部件有搭接关系的型面、轮廓进行准确控制, 还要将对其他件有影响的部位进行考虑。包括对原任意曲面进行辨识分块, 并根据分块辨识结果对曲面进行拟合特性设计。利用汽车覆盖件的特征点插值、拟合的方法生成基准曲线。为减少数据存储量和计算工作量, 一般可先取最少数量的控制顶点数。
汽车覆盖件逆向设计关键技术
了解车身每一部分结构, 特别是车身上与其他构件搭接部分构造特点和型面, 充分了解其功能与使用情况, 做到对结构及作用了如指掌, 这是设计圆满完成的前提保证, 设计人员对使用性能和结构了解详细对后期工作的顺利开展也有很大帮助。在对车身进行扫描前, 一定要仔细研究车身的型状和特征, 准确把握每个型面的几何特征属性, 准确分析与判断型面的建模方法。由于存在扫描误差和建模不当, 这就需要从产品冲压工艺的角度来对型面形状特征进行分析和求证, 避免建模中出现错误, 防止产品缺陷与不合理之处产生。
车身测量可分为接触式测量和非接触式测量, 接触式测量是指计量器具测头与被测物表面直接接触, 并有机械作用的测量力, 接触式测量主要利用三坐标测量机, 接触式测量精度高, 操作简便, 但是效率较低而且不适于表面较薄或材料较软的面;非接触式测量在工程中运用较为广泛, 它以光电、电磁等技术为基础, 不需要和被测物表面接触, 就能得到所需物体表面参数信息, 非接触式测量效率较高, 但是精度相对较低。
在对车身进行测量时, 通常采用的是结构光照相法, 照相法关键是点云片的拼接技术。在车身表面喷涂乳白色显像剂, 再在上面贴Mark标记点。Mark标记点主要用于后续测量的点云片拼接定位点。
标记点注意不要排成一条直线, 要求三维扫描每幅画面范围内要有四个标记点, 而且四个点要尽可能分散, 同时要求不要在孤立位置和曲率变化较大处。分散是为了根据标记点进行拼接时可将误差尽量降低。
标记点用来对点云片进行定位, 所以标记点测量的准确性与车身测量精度关系密切。一般通过高精度相机对车身标记点进行不同方位的多次拍摄, 再对图像进行处理, 就可以得到标记点三维数据。
在利用三维扫描仪进行测量时, 注意所测量的每片点云至少包含3~4个标记点, 这样能保证拼接的精度。在拼接中, 对同一标记点的测量也可能存在测量误差, 所以点云片上的标记点要与测量好的标记点框架相符合, 以减少测量误差。在这个过程中, 要注意的是:要严格按照仪器操作规程来对角度和距离进行测量;测量环境要达到测量要求;尽量使所测量的点云片包含更多的标记点;两相邻点云片重叠部分基准为30m m。
在对车身进行测量时, 因为存在光线的明暗和仪器的偶然原因, 以及测量方法的选择, 都不可避免的会对测量数据产生一定影响, 导致误差产生我们将认定为测量噪声或坏点。坏点很难避免, 所以就要掌握如何剔除坏点的方法。
多次观察被测物体和测定的点云数据, 对比之下坏点较易被看出来。比如在车身测量中, 在车身外部和内部会有一些数据点, 那这些点就是坏点, 可采用手工或软件进行删除。
直接观察离散点, 但因为没有消隐, 所以分辨起来有一定难度, 此时可将点云进行铺面渲染, 这样点云看起来更接近实体, 也就较容易消除坏点。
在采用非接触测量法对车辆进行测量时, 测量数据点数量很多, 而点云的作用只是参考, 所以并不是所有位置数据点都要很多。在不影响逆向设计的前提下, 将数据点过滤掉一部分, 这样可降低计算机内存占用率, 而且可使处理速度和效率有大幅提升。过滤有等半径区域过滤和定弦高两种方法, 等半径区域过滤主要适用于曲面较平坦区域, 定弦高适用于曲面变化较大的场合。为使点云看起来更接近实体, 要对点云进行铺面渲染, 这样做对后续曲面制作, 曲面大小的分析和曲面的规划设计都有帮助。
根据车身测量前的固定位置和汽车车身坐标系的规范, 利用坐标转换法来确定汽车车身坐标系;将汽车前轴中心定为坐标原点, 右向为Y轴后向为X轴, 上为Z轴。
对被测车身部件和相应作用进行准确分析, 若车身是外覆盖件, 则车身的表面要求一般为A级面, 车身的内板件, 则不用要求这么高, 但也必须能达到冲压、焊接等工艺要求, 此时得出的面与点云相比会有较大区别。
因为车身是薄壁件, 所以车身是否有变形, 变形量多大必须要有一个大概的了解, 这点在设计时一定要考虑分析到。特别是制造和设计经验不足的设计人员, 若按点云处理, 可能会将原始件上的毛病也制造出来。
在进行车身设计时, 对不同部位, 理论上应是一个大面, 而不是独立的几个部分, 就是要从全局的角度来对曲面大小进行分析, 若按照独立小面来做, 曲面分析时, 会导致车身曲面光顺性与美观程度较低, 所以, 曲面分析时, 尽量要把它做成一个大的面, 同时要探究正向设计人员的设计思想, 这样就能从最根本上抓住设计的本质, 把握设计的灵魂。
在对车身进行逆向设计时, 细节一定要注意把握好;如曲面的倒角处理, 曲面的倒角处理是车身曲面构造的一个重要环节, 倒角的顺序和方法不同, 相同的曲面所得的效果也是不尽相同的, 设计人员要考虑到曲面成形性与美观性等方面的要求, 利用不同方法, 通过不同的步骤对曲面进行设计。在车身结构件的设计中, 倒角半径一般都需要进行圆整, 这是为了提高制造时的工艺性。因为加工冲压模具时, 经过圆整的刀具更容易选购到, 若未经圆整, 在进行制造时, 就要较小的刀具来加工, 这样就降低了加工效率。另外, 在满足刚度和强度要求的前提下, 车身曲面尽量采用平面, 这样能有效简化结构。而且车身外覆盖件并不是都要达到A级标准, 某些地方还要求应是有棱有角的, 这就要求逆向设计人员要体会原设计者的理念, 采取适当的方法进行分析设计。
车身曲面上不可避免要存在一些孔和洞, 对于这种情况, 我们一般是在车身曲面构造已经完成后, 再根据具体的功能要求来进行修改;曲面上的孔, 要尽可能的将其设计在较平坦的曲面处, 以保证车身零件良好的工艺性。
还要注意的一点是, 在进行设计时, 最好始终都使用同一种软件进行逆向设计, 不然软件文件相互进行转化时会产生曲面边界的误差, 导致精度降低。
关于汽车汽配件市场的调查报告 篇5
10汽修1班10110258黄诚雄
改革开放30多年来，我国的经济快速发展，中国的GDP以每年接近于10%的速度增长，不仅遥遥领先于同期世界平均水平，而且连续保持30年，这在世界历史上还没有先例，去年我国的GDP甚至还超过日本成为世界第二大经济体。就是在这样的环境下，我国的汽车行业也得到快速发展，我国已成为世界上最大汽车市场了，汽车保有量也不断地提高，相应地汽车配件的需求量也会大大地增多。
顺德作为珠江三角洲的中心城市，在管理理念上创新敢干，有良好的投资环境和经济基础。2003年，顺德在实现500亿元GDP的基础上，城市居民的人均可支配收入，在260多个全国定点城市的抽样调查中，列北京、上海、广州之前，排名第二，并连续多年位列全国百强县（市）综合实力第一名。人民生活水平不断提高，2003年末城乡居民储蓄余额610亿元，同比增长12.1％，农村人均纯收入增长4％，城市居民人均可支配收入增长10％。根据调查，发现顺德区的汽车配件基本都是在广州汽车配件批发市场或者汽车配件城拿货的，而顺德和广州的距离不是很远，如果自己驾车的话，快则二三十分钟，慢则一个小时这样就可以到达。而和顺德区同属于佛山市的南海区也有一个汽车配件批发市场，距离也不怎么远，要在顺德区过南海区拿配件也是一件容易的事。这是顺德区没有汽车配件批发市场的一个原因，既然距离本地不远的地方都有那么大型、成熟的汽车配件批发市场的，拿货这么容易，顺德区也就到现在都还没有汽车配件批发市场.据交通部门统计，截至2005年1月10日，顺德区机动车保有量528145辆，其中汽车151 684辆，驾驶员总数555 188人。顺德拥有巨大的消费群体，顺德每100户家庭汽车拥有量达25辆，居全国前列。2005年1月新入户汽车数量同比增长65%。顺德汽车维修行业经营形式以国家规定的一、二、三类企业为主,辅以的其它专业店。目前共有一类汽修厂17家，二类汽修厂93家，三类汽修厂586家。在顺德四位一体的汽车销售体系倍受推崇，日渐普及。
至今，顺德汽车4S品牌店已涵盖了国内外主要汽车品牌，如一汽大众、上海大众、天津丰田、广州本田、现代、别克、中华、富豪等近40多个知名品牌共达30余家，经营面积达45万平方米，为佛山地区汽车4S店最多的城市。现已发展形成了以广珠公路新松路段为中心的经营场地集中、档次高、销量大、品牌多、品种全的专业化汽车商贸经济圈。孕育出如广东新协力集团有限公司（2002年销售额超20亿元，整车销售居全国第四，全省第二，佛山第一）、合诚汽车贸易有限公司、弘顺达汽车贸易有限公司和利豪达汽车贸易有限公司等一大批实力雄厚、经营规范、信誉良好的大型企业。再加上专业汽车美容店、轮胎店、精品店如雨后春笋大量涌现，汽车配件和改装车市场的兴起，满足了不同层次的汽车消费，已经形成了以汽车为中心的产业链，并以强大的能量向珠三角周边辐射。去年汽车业产值达40多亿，在国民总产值中占举足轻重的地位，跃居顺德的支柱产业行列。汽车产业是一个资金密集、技术密集、人才密集型的产业，现代汽车技术已经融合了机、电、液、电脑、网络、信息一体化的学科。随着机动车维修工艺的科技含量不断提高，全行业正朝着技术密集型方向发展，汽车维修业也已向专业化、特约化、高起点、高科技发展。汽修从业人员队伍的构成已从传统的经验与劳力型向现代的知识与技能型的方向发展。
还有佛山市委市政府对汽车配件行业的发展高度重视，为顺德建设汽车配件批发市场提供了契机。市委市政府对汽车及零配件产业的发展高度重视，提出了“把我市建设成国家级汽车及零部件产业基地”的发展目标，汽车及零配件产业已经成为我市经济发展战略的重点之一。同时，我市作为国内改革开放的前沿城市，市场对资源配置发挥主导作用，政府对经济的行政干预少，已初步建立了公平、公开、竞争的市场体系。随着一汽大众落户南海区，大众南海新厂将吸引很多大众的传统供应商来我市建厂，目前初步有28家主要的零配件厂会伴随项目一起进入佛山，为本地上游配件商带来更多业务承接机会。大众南海项目的年产值将达到1000亿元，由此带动上下游产业链条的发展，以及生产集群的崛起，总产值至少接近2000亿元。大众的配套体系是一个开放式体系，强调“全球公平采购”，这对我市汽车零配件产业的带动将非常大，在促进我市汽车产业结构调整转型、提升整个行业的同时，更对本地配套企业的观念带来冲击，对我市的零配件供应商以及整个资源配套体系的适应能力和质量水平，都将是严格的考验。
顺德区汽车及零配件企业发展迅猛，其产品位居同行前列，具有示范带动作用。一些以出口为主的企业在技术、销售力量上均具有相当的优势，这为今后扩大我市产业的海外市场奠定了基础。这些优秀企业的快速发展，必将吸引更多更好的项目在我市落户。随着一汽大众落户南海区，大众南海新厂将吸引很多大众的传统供应商来我市建厂，目前初步有28家主要的零配件厂会伴随项目一起进入佛山，为本地上游配件商带来更多业务承接机会。大众南海项目的年产值将达到1000亿元，由此带动上下游产业链条的发展，以及生产集群的崛起，总产值至少接近2000亿元。大众的配套体系是一个开放式体系，强调“全球公平采购”，这对顺德汽车零配件产业的带动将非常大，在促进顺德汽车产业结构调整转型、提升整个行业的同时，更对本地配套企业的观念带来冲击，对顺德的零配件供应商以及整个资源配套体系的适应能力和质量水平，都将是严格的考验。
典型汽车覆盖件冲压工艺之我见 篇6
关键词：汽车覆盖件；冲压工艺；模具设计
随着我国科学技术的不断发展，越来越多的高新技术被应用在了汽车制造与生产之中，这些高新技术的应用大大地提高了汽车生产的效率，也更好的保证了汽车的质量。汽车覆盖件冲压工艺也是伴随着科技的发展而逐渐地得以推广的，汽车覆盖件冲压工艺有着诸多的优点，比如说它基本上对于所有的汽车覆盖件模具设计都是可行的，所以有着较好的可行性，而且该工艺也较为灵活。但是应用冲压工艺也存在一些缺陷，比如说生产模具的过程往往较为复杂，而且其参数也较为繁多。但是总而言之，汽车覆盖件冲压工艺对于汽车制造还是功不可没的，如果离开了覆盖件冲压工艺，汽车制造的效率将十分低下，我国的汽车制造业也不可能取得如此良好的发展。
一、汽车覆盖件概述
所谓的汽车覆盖件，指的是构成汽车车身或者驾驶室、覆盖发动机和底盘的异形体表面和汽车零件。汽车覆盖件不仅仅有着很强的装饰性，同时还承担着一定的力，所以说汽车覆盖件的功能是十分复杂的。汽车覆盖件除了我们经常能看见的车门外板、顶盖等外覆盖件外，还包括一些我们不能看见的车门内板和发动机盖内板等内覆盖件。
（一）汽车覆盖件应满足的条件
因为汽车覆盖件对于汽车而言有着非常重要的意义，所以汽车覆盖件应该满足以下几个方面的特征。第一是其尺寸要准确，只有保证尺寸的精准，才能够使得车身的焊装能够更加顺利地进行；第二是其形状也必须要准确，尤其是对于外覆盖件而言，形状直接影响着车身的美观，而且形状的准确与否也关系到所制造出的车是否能够满足其设计要求，此外，如果形状不准确，还会对车身的焊接造成一定的影响；第三是覆盖件的表面质量，在覆盖件制作完成之后，必须要保证其表面的质量，在外表面不能够有擦伤和压痕等缺陷，因为这些缺陷的存在既会对汽车的美观造成影响，同时也不利于汽车制造质量；第四是覆盖件的刚性，覆盖件的刚性必须要好，因为在汽车的行驶过程中，往往会有一定的振动，如果这些配件的刚性不好，会使得汽车产生较大的噪音，会严重影响驾驶员的正常驾驶，严重时甚至还会因为振动而造成汽车零部件的损坏；最后，覆盖件还必须要具有良好的工艺性，因为当前我国汽车的产量较大，所以对于许多零部件的生产都是大批量生产，因此必须要使其具有良好的工艺性，才能够便于量产。
（二）覆盖件的成形特点
汽车覆盖件的结构特点往往决定着其成形特点，首先覆盖件必须要一次性拉深成形，因为一般情况下汽车覆盖件的几何构造都较为复杂，而如果利用多次拉深工艺，不仅有着较大的难度，而且还会对覆盖件的质量造成严重的影响；其次，要同时利用拉深和胀形复合成形，而不能够只进行简单的拉深或者胀形；最后，在成形的过程之中，其变形路径是变化的。
二、覆盖件冲压工艺的特征
在对汽车车身进行设计的时候，必须要从整体的造型和结构功能来进行设计，而汽车的覆盖件是完成汽车造型和结构功能的重要配件，所以往往汽车的设计者对其十分重视。但是虽然覆盖件是汽车的重要配件，由于受到设计人员专业知识的限制，可能在一些制造工艺方面的考虑还不是很深入，所以就导致了覆盖件制造工艺存在一定的问题。而覆盖件的冲压工艺对于覆盖件的制造又有着非常重要的意义，所以说必须对其引起足够的重视，在进行覆盖件的设计时，必须要考虑冲压的工艺性。
（一）覆盖件分块尺寸的可行性
因为覆盖件位于车身的不同位置，所以其分块不同，尺寸和结构形状也是不一样的。如果从汽车生产和制造的总体上来看，分块的尺寸应该是越大越好，因为分块的尺寸越大，装配整车所需要的零件数量也就越少，同时还能够减少零配件之间的焊接，有效的改善其美观性。但是在实际的生产之中，却必须要考虑到分块尺寸的可行性，因为当前的工艺可能不能很好地满足大尺寸分块的要求，所以必须要结合多种因素来进行综合考虑，最终确定覆盖件的分块尺寸。分块尺寸要与当前的生产工艺条件相匹配，而且分块的尺寸也应当符合国家的相关标准要求，这样才能够生产出质量更好的覆盖件。
（二）一次拉延成型的可能性
覆盖件结构的尺寸一般都较大，其形状也较为复杂，而且相关的材料也有着自己的特征，因此要尽可能地一次拉延成型，因为如果不能够一次拉延成型，将使得覆盖件的形状、尺寸等受到严重的影响。为了能够使得覆盖件一次拉延成型，在对其进行设计时，必须要保证覆盖件的轮廓形状简单匀称，简单匀称的轮廓形状一方面可以使得应力分布较为均匀，另一方面也更加有利于美观。其次就是其表面的变化要尽可能的均匀，这样才能够使得拉延更加顺利，除此之外，拉延底面的形状也要尽可能的平顺，因为如果底面有尖底，将影响到覆盖件的正常使用。最后，覆盖件的形面落差应该尽可能的减小，这样拉延的深度就会大大降低，从而更加有利于制作。
（三）修边冲孔的方便性
在覆盖件拉延成型之后，并不能够直接将其用于焊装汽车，而是应该进行进一步的修边和冲孔，之所以要进行修边和冲孔，是为了能够使得后续的装配工作更加顺利的进行。所以在修边冲孔的过程中必须要注意以下几个方面的问题。第一是要尽可能地减小倾斜方向的修边，因为倾斜方向修边会使得模具结构变得十分复杂，不利于覆盖件最终的焊装；第二是对于不同方向的修边线，在它们之间应该留有一定的距离，之所以要留有这些距离，是为了能够更好地布置修边刃口。在进行冲孔时，要尽量保持孔洞形状的规则，不能够出现细长孔，因为细长孔对于后期的装配是极其不利的，孔与孔之间也要保持一定的距离，这样才能够使得孔之间的部分不变形。
参考文献：
[1]蔡丹.浅论汽车覆盖件冲压工艺的设计[J].科技信息，2010 （13）： 96-97.
[2]吴玉泉，蒋吉.汽车覆盖件冲压工艺与成本分析研究[J].汽车实用技术，2011，（1）：39-42.
汽车覆盖件检具的设计开发 篇7
汽车覆盖件, 是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机及底盘的异形体表面和内部的汽车零件。它既是外观装饰性的零件, 又是封闭薄壳状的受力零件, 其制造质量对整车质量影响很大, 因此对其质量的检测成为汽车生产厂商必不可少的工作。汽车覆盖件的检测, 是一个复杂的过程, 而传统的检测方法费时费力, 不能适应大批量产品生产的检测要求。汽车覆盖件在线检测检验夹具 (简称汽车检具) , 是一种按需方特定要求专门制造的检测工具, 具有直观、迅速、准确、方便等优点, 尤其适于大批量生产的需要。汽车检具虽没有刻度, 不能检测出被测零件的具体尺寸、形状大小和相互位置, 但能判断出被测要素是否在制造公差范围内[1]。近年来, 随着汽车工业的飞速发展, 汽车覆盖件的检具在汽车行业的应用已相当广泛, 国家经贸委已将检具的生产能力列在车辆企业生产条件考核程序中[2]。因此, 设计和制造出操作方便且检测精度高的专用检具, 已成为众多汽车生产厂商亟待解决的问题。
1 汽车检具的检测原理
在生产现场, 通过汽车检具对汽车覆盖件实施在线监测, 只需将零件准确的固定在检具上, 通过检测销、划线销、通止规、卡尺、间隙尺、目测等对零件上不同形状的孔、型面、周边尺寸以及零件与零件之间的连接位置进行检查, 从而保证零件在试生产或起步生产时实现对零件质量状态的快速判断。
汽车覆盖件检具是根据覆盖件检测的特点设计制作的, 主要由底板总成、检具体、夹紧装置、定位销、检测销、断面检测样板、EDC检测装置等组成, 其结构如图1所示:
2 汽车检具的方案设计
在检具设计开发之初, 就应该考虑到其完整性、人机工程、稳定性、成本等主要问题[3]。
(1) 完整性。仔细阅读客户提供的几何尺寸和公差图纸 (GD&T) 、数模以及检具技术协议等文档, 了解产品的所有定位、检测信息。
(2) 人机工程。根据定位及检测的要求, 再结合生产要素 (人、机、料、法、环) 特点, 选择合适的检具摆放位置 (被检零件放置于检具上的位置, 原则上必须与其在车身坐标系中的位置相一致, 必要时可按90°的增量倍数旋转放置;为了便于检具的使用和管理, 对称件、左右件只要外形尺寸允许, 应尽可能将其布置于一个底板上) 。
(3) 稳定性。检具在设计时一定要考虑自身的重力、使用环境、变形、磨损等因素影响, 从材料和结构上保证其精度、性能稳定性及使用寿命。
(4) 成本。根据车型特点、产量多少等因素, 在保证精度及稳定性的情况下, 使用材料尽量少, 结构尽量简单, 以节约成本。
另外, 在方案设计阶段, 还应该与客户沟通重要零件的材料选用、外购件的选型、检具的制造及验收等内容, 以提高设计开发效率, 增加客户满意度。
3 汽车检具的结构设计
对于汽车覆盖件, 其检测要素为零件的外形 (轮廓和曲面形状等) 以及孔、凸缘等为特征的位置, 尤其以曲面形状为主, 所以检具体是检具结构中最复杂的部分。检具体设计完成后, 根据检具体确定底板总成的大小和位置, 再配以夹紧装置、定位销、检测销等其它辅助部分, 并在需要检测的关键截面设置断面检测样板, 在需要检测的关键点设置EDC检测装置。
3.1 检具体的设计
检具体的设计建模是整个检具设计的关键, 它将直接影响到整个检具最终检测结果的准确性。检具体的型面有的作为零件的定位基准, 有的作为零件的检测基准, 这就要求检具体型面与零件型面之间有一定的对应关系, 其分布主要有五种情况[4], 如图2所示:图2 (a) 中, 检具定位基准面 (2) 与零件表面 (1) 之间的偏移距离3mm, 其间安装定位块使得零件表面 (1) 与定位块表面 (3) 贴合;图2 (b) 中, 检具检测基准面 (2) 与零件表面 (1) 之间的偏移距离3mm;图2 (c) 中, 检具检测基准面 (2) 与零件表面 (1) 之间的偏移距离3mm, 检测基准面 (4) 与零件边缘线 (3) 相对于零件表面 (1) 的法向对齐;图2 (d) 中, 检具检测基准面 (2) 与零件表面 (1) 对齐, 检测基准面 (4) 与零件边缘线 (3) 相对于零件表面 (1) 的切向偏移距离3mm;图2 (e) 中, 检具检测基准面 (2) 与零件表面 (1) 之间的偏移距离3mm, 检测基准面 (4) 与零件表面 (3) 对齐。
从图2可以看出, 检具体型面除了用于定位的型面与零件表面相贴合以外 (见图2 (a) ) , 其他检测用型面一般是零件表面的法向偏移面、法向或切向延长面, 以实现检具对零件自由曲面或外轮廓 (或者两者结合) 的检测。为实现检具对零件自由曲面的检测, 一般使检具体表面与零件内表面保持3mm (或5mm, 见技术协议, 本文以3mm为例) 的常数间隙, 数控加工机床能按所设计的型面数模进行加工达到较高精度的要求, 在实际检测时通过检具型面配合专用的量具 (通止规、楔形尺、塞尺等) 往复移动即可检测出零件自由曲面的偏差。设计时, 先选择所需的零件表面 (可根据需要同时选择多个连续的曲面) , 然后通过偏置曲面的方法得到检具体的型面。零件外轮廓的检测方式主要有两种, 如图2 (c) 和图2 (d) 所示, 设计相应的检具体时有两种方法: (1) 检具体型面的边缘线沿零件外轮廓切向延伸30mm左右; (2) 沿零件外轮廓的法向方向向下延伸30mm左右。在通用的三维建模软件 (如UG、Pro/E) 中, 首先将待测零件表面向内偏置3mm距离, 接着把生成曲面的外缘线沿零件外轮廓切向或法向延伸一定距离, 得到检具体的检测基准面, 再向零件基准面拉伸一定距离即得到检具体的三维模型。由于汽车覆盖件大多具有复杂的空间曲面和较多局部特征, 在生成检具体检测面时大多需要上述两种方法的结合, 而对于一些特殊的空间型面, 上述方法仍然难以满足要求, 需要根据检具原理的理解和经验进行处理[4]。同时检具型面的设计还要考虑覆盖件的检测要求和加工能力以及检测的可靠性等要求。
为了减轻检具的整体重量, 小型检具可将整块材料加工成检具体, 以提高加工效率和装配精度;大型检具在保证检测功能和保留零件原有基本形状下, 检具体通常采用分段式结构, 即每200~250mm长度上切割不大于2mm宽度的伸缩缝, 用数段小型面拼接成整个型面, 为了省料通常还会做适当掏空。
3.2 底板总成的设计
在检具体的上表面沿基准面方向拉伸一定距离, 使其最低点超过100mm的厚度, 以保证检具体有足够的测量空间, 同时尽量让检具体底面, 即底板总成的上表面, 在车身坐标系的整数位置上。检具的底板总成一般由底板、支架、基准块、吊耳、叉车槽、脚轮、可调支脚等组成, 如图3所示。底板总成作为承载其它检具结构的载体, 对整个检具的稳定性起着十分重要的作用, 设计时可考虑以下几个方面: (1) 成本允许的情况下, 优先选用铝质底板 (小型检具可选用钢板) ; (2) 选用钢板和槽钢进行焊接, 目前常采用十字和米字两种结构; (3) 底板的大小, 以检具的每个部件在其任何活动位置上, 均不超出底板为宜; (4) 重量超过20kg的检具底板上要设计吊耳及叉车槽。吊耳的设计要考虑最大承载力和起吊时吊绳不影响检具各部件, 且起吊时能保持平衡。叉车槽的设计要考虑最大承载力及普通叉车的规格。重量小于20kg的小型检具需配置搬运把手; (5) 底板上表面需刻100mm间隔的百位线及相应坐标值。当底板由检具体固定好后, 其它各部件可根据实际情况选用标准型号。
3.3 定位与夹紧装置的设计
定位装置的作业, 就是使被测零件的测量基准面、孔与测量装置保持一定的相对位置, 从而保证测量的合理与稳定。覆盖件在检具上的定位主要有以下两种方式:
(1) 将面定位块与零件的自由曲面贴合, 再以零件上的两个孔作为主、副定位孔, 共同完成定位。其中, 主定位孔能在两个方向限位, 可采用锥形定位销 (用于圆孔) 或菱形定位销 (用于腰孔) 定位;副定位孔则只能限定一个方向的自由度, 可采用菱形销、圆销 (用于圆孔) 或削边销 (用于腰孔) 定位, 定位销设计时要注意考虑零件的公差和孔位相干性[1]。
(2) 将面定位块与零件自由曲面贴合, 再在零件轮廓边缘上设置挡块, 共同完成定位。轮廓边缘定位点通常设置三点, 即在一个方向上设置两点, 另一方向上设置一点。
夹紧装置是配合定位装置, 使覆盖件在检具和测量支架上处于确定的位置, 并在检具的使用过程中其位置不会发生变动的装置。夹紧方式主要有杠杆式夹头夹紧和永久磁铁夹紧两种, 还有些大的总成件检具无需夹紧, 依靠其自重即可夹紧。夹紧点必须设置在“0”间隙面 (即支承面) 上, 夹紧力的方向应该垂直于零件的主要定位基准面 (如图4) , 以保证精度。随着检具在车身制造中的广泛应用, 杠杆式活动夹头和永久磁铁均有系列化的产品以供选购, 活动夹头还配有不同型式和尺寸的支架或托架[2]。设计时, 需以产品图纸中RPS信息为依据, 在检具体上的定位孔位置打孔 (以放入定位销对应的衬套为准) , 并给出定位孔的车身坐标。同时, 在夹紧点位置布置定位垫片和活动夹, 以保证零件的牢固定位, 设计时要保证活动夹头工作时不与其他部件发生干涉, 开启和压紧在任何情况下都不能超出检具的容积, 还要考虑到工人的操作方便, 并给出定位垫片上表面中心的车身坐标[5]。对于中小覆盖件检具, 如果没有足够的空间安装夹头可以采用永久磁铁夹紧, 其配置方式有两种: (1) 将永久磁铁嵌入支承块中; (2) 将永久磁铁对称地嵌入支承块两侧的型面内 (磁铁上表面应低于定位表面0.2~0.3mm) 。大型覆盖件的夹紧往往混合使用夹头夹紧和磁铁夹紧两种方式, 即零件周围采用杠杆式夹头夹紧, 中间支承块则采用永久磁铁夹紧。
3.4 检测销的设计
检测销用于检测零件上孔的孔径及其位置度。对孔径的检测一般使用直插式的检测销, 其结构由导向、检测及手柄三部分组成。在检测孔内, 为保证检测销能顺利进行检测, 必须安装导向衬套并与检具体黏结, 如图5所示, 其规格根据检测孔的孔径范围来选取, 已有相应的参考系列, 同时, 轴套的上平面必须低于覆盖件下表面。检测销检测部分尺寸为:公称尺寸+下偏差-位置度。位置度的检测一般使用检测销及划线销, 如图6所示。检测部分尺寸为:公称尺寸+下偏差-位置度, 划线部分尺寸为:公称尺寸+4mm (根据客户要求而定) , 导向部分的设计与检测销相同。
为了使用方便及防止丢失, 需在底板上设定置销器, 在非检测状态时使用, 定位销与检具体之间还需用链或钢索连接。
3.5 断面检测部件的设计
当被测零件的尺寸和形状精度要求较高, 仅依靠检具型面及相应结构不足以实现精度控制时, 可以在检具周围设置若干个断面检测样板。图7为断面检测样板的检测示例, 其工作部分的型面与零件被测表面保持3mm的间隙, 以便各种专用量具 (如塞规) 的检测使用。断面检测样板采用厚度为8±0.5mm左右的铝合金或45钢, 结构形式一般为旋转式或拆卸式。样板应尽量安装在冲压件型面法向方向, 其位置坐标宜取整数, 不得与定位销、检测销、夹紧装置等结构相干涉, 发生干涉时可以将其分段处理;样板支架与底板的厚度应大于10mm, 支架高度大于15mm时需适当增加料厚[2]。总之设计时要保证断面检测结构在检具上稳定牢固、旋转自如、无干涉, 且安放位置合适。
3.6 EDC检测装置的设计
EDC, 是一种电子数据采集装置, 可以快速、准确地读出零件被测表面上某点的尺寸数据。检具体的边、面上无法检测且有装配要求的地方或影响零件质量的关键点, 常用EDC检测装置进行定量检测, 如果在误差范围内, 即为合格。其结构一般采用旋转式, 如图8所示, 支座可根据放置高度选用相应的I型支座。设计时, 保证测头轴线与零件表面在测点处垂直, 且测头下端面到测点的距离为31mm。
4 结语
本文主要阐述了汽车覆盖件检具的结构及各功能部件的设计方法和相关要求, 为检具的设计开发提供了参考依据, 对适应快速发展的汽车市场需求具有重要意义, 同时对于其它零部件检具的设计也有一定的参考价值。检具的设计开发, 是一个复杂的过程, 既要能实现快速准确的定位, 又要保证检测的精确度和稳定性, 还要考虑到操作时的方便和灵活性。因此, 检具设计人员必须在设计开发过程中逐渐积累经验, 不断优化设计思路和设计方法, 才能提高检具的开发质量和效率, 减少开发成本, 最终设计出客户满意的产品。
摘要：阐述了检具的基本构成及其检测原理, 结合应用实例提出了汽车覆盖件检具设计开发的一般方案及各功能部件的设计方法和相关要求, 为检具的设计开发提供了参考依据, 对适应快速发展的汽车市场需求具有重要意义, 同时对于一般夹具的设计也有一定的参考价值。
关键词：汽车覆盖件,检具,设计开发
参考文献
[1]张兴云.汽车冲压零部件检具设计制造技术研究[J].制造技术与实践, 2004 (1) :40-42.
[2]李杰.基于UG的汽车覆盖件检具快速设计研究[D].江苏大学, 2013.
[3]张少辉, 甘国辉.浅谈汽车车身冲压焊接件检具的设计开发[J].装备制造技术, 2011 (6) :59-61.
[4]储军, 陈杰.车身小型冲压件检具设计的一般方法和步骤[J].工具技术, 2004, 38 (2) :55-57.
[5]谢俊, 李杰, 杨启志.通用GAMMA SUV汽车后保险杠总成检具设计[J].机械设计与研究, 2013, 29 (2) :110-113.
汽车覆盖件冲压方向的优化分析 篇8
汽车覆盖件主要是指覆盖发动机以及底盘结构和车身结构的零件,具有尺寸大、形状复杂、板材薄等特点。在进行冲压成型的施工过程中有严格的质量要求,必须确保冲压覆盖件的表面棱线清晰、曲线平顺、整体外观自然流畅,而且覆盖件与覆盖件拼接时要平滑过渡,中间不能存在交接缝、褶皱等缺陷。
1)汽车覆盖件冲压模具设计的重要性
汽车覆盖件冲压模具顾名思义,就是冲制汽车车身覆盖件的模具直接决定着覆盖件的形状。而冲压模具的设计关键则在于冲压方向的确定,一旦在冲压方向的选择上存在失误,不仅无法拉延出符合设计标准的拉延件,而且还会影响到压料面的形状以及后续工艺补充量的确定,这样以来就只能重新修改拉延方向,但是对于一些形状复杂的拉延件,则需要重新进行拉延模具的设计,不仅影响了施工进度而且还造成了不必要的浪费。由此可知,冲压方向的选择是汽车覆盖件冲压模具设计中的关键环节,直接决定着汽车覆盖件的形状和质量,所以需要经过细致严谨的分析后才能做出正确的判断。
2)确定冲压方向的基本原则
汽车覆盖件的冲压模具是通过建立三维数学模型进行设计制造的,冲压方向的选择可以通过在三维模型上确定出正确的坐标位置来实现。精确合理的冲压方向是决定覆盖件拉延方案设计的先决条件,在设计中要符合三个基本条件,首先要确保凸模与凹模的匹配度,就需要在凸模进入凹模以后能够完全充满凹模的内部空间,即两者的接触面不能存在任何缝隙和死区,而且所有的拉延工作都要一次成型,避免间断施工形成的机械加工误差。如图1所示由于凹模在拉延方向选择上的失误导致凸模无法进入。
其次是确定好凸模开始拉延时与拉延毛坯的接触状态,即尽量扩大凸模与拉延毛坯的接触面积,最好保证有两个以上的接触点,能够保证全面的覆盖避免点接触的现象。而且接触部位应该选择靠近冲压模具的中心位置,保证拉延过程中的各个接触面的应力分布均匀,不至于在拉延时由于受力不平衡而产生裂缝。如图2所示,a与拉延毛坯的接触面之间形成了一个夹角α,形成了点接触所以影响了拉伸时的应力分配,经过调整后b的凸模与拉延毛坯材料的接触面更加分散使受力更均衡;c中凸模与拉延毛坯只有一个接触点,拉延过程容易出现窜动以及不平稳的现象,经过调整后d的凸模与拉延毛坯有两个接触点,从而使拉延毛坯材料可以均匀地进入到凹模内。
第三个原则是压料面的各部位要受力均匀,凸模开始拉延时与拉延毛坯的接触面会产生挤压应力,如果进料的阻力分布失衡,毛坯在拉延时会有晃动的现象,影响了拉延件的成型质量。因此在进行拉延时,要注意各个部位的应力分布,首先拉延毛坯进料要均匀,确保将材料放平、足够的深度、拉入角相等、纵截面平衡以及尽量使成形力和拉延毛坯材料流入量均衡平等,通过这种方式能够避免冲压侧壁产生挠曲,而且在进行后续的工艺补充时减少材料的消耗。通过以上分析得知,只有在满足以上三种基本原则的前提下才能够有效确保冲压方向的正确判断。
2 汽车覆盖件冲压方向的优化分析
汽车覆盖件的尺寸较大、形状复杂对于不同类型的模具需要选择相适应的冲压方向,如果依旧使用人工确定冲压方向的话,会增加工作量和设计误差,因此为了避免人为操作带来的种种不便,引入了计算机以及软件技术对汽车覆盖件冲压方向的选择进行优化设计。
本文主要研究基于CAD技术,通过建立优化模型由计算机自动确定汽车覆盖件的冲压方向,由于覆盖件的形状属于空间自由伸展曲面,可以抽象成具体的数学模型,将冲压方向选择的问题简化成一个二维空间的坐标确定问题,然后运用计算机强大的运算功能进行求解并最终得到冲压方向。这种方法不仅能够有效地避免人工操作带来的不确定性因素,而且极大地提升了覆盖件模具制造的精确性和合理性。以下就对CAD技术在汽车覆盖件冲压方向选择上的应用进行具体分析:
1)冲压方向优化模型的建立
借助CAD技术进行汽车覆盖件冲压方向的优化设计,有限是要建立一个数学模型。利用CAD软件产品中自带的建模功能,将复杂的三维立体图形转化成简单二维实体模型,然后在根据汽车覆盖件的具体形状,对其进行优化设计。
首先在汽车覆盖件的二维模型上建立平面坐标轴,然后在沿着X轴和Y轴做等间距为ΔL,并且垂直于X轴和Y轴的截面线,然后再分别以每两组截面线进行分析研究。假设Z为汽车覆盖件的冲压方向,得到冲压方向与X轴和Y轴形成的夹角α,由于截面线彼此间互相平行,而且模具在坐标轴内平移不会影响冲压方向的确定精度,所以只需要改变拉伸件型面绕X轴和Y轴的转角。这样一来冲压方向的确定就转化成为截面线与X轴和Y轴所成夹角的函数关系,然后通过对α角进行计算得到一组目标函数值,输入VB或者VC语言等编制的拉伸方向优化程序中,利用专业的优化模型进行优化分析计算并最终获得最佳的冲压方向。
2)确定冲压方向的可行域
确定汽车覆盖件冲压方向的可行域就是对冲压方向进行优化分析,具体是通过求解直线与截面线之间的交点个数的方法来实现的,即求解凸模与凹模的匹配度。如下图3所示:
由图可知在Z-Y坐标系内,从截面线A的起点开始到终点做一组与冲压方向Z成θ角,并且间距为Δt的平行直线如图3a所示。此时如果这组平行直线与截面线的交点小于等于1时,此时的θ角则为覆盖件冲压方向的最佳角度(如果这组平行直线与截面线出现重合,则可以视做一个交点),如果平行直线与截面线的交点大于1时,则判断θ角为不可行方向如图3b所示,直线B与截面线形成两个交点,所以需要对平行直线进行重新设计。然后同理求出其它截面线的合理方向,如果所求的θ角与截面线都是可行的方形,则可以确定θ角为汽车覆盖件的冲压方向。
3)目标函数
除了对θ角进行优化求解以外,对于汽车覆盖件的优化分析来需要建立各种目标函数,对转角进行精细度的区分。具体包括初始接触面积、初始接触点的分布、初始接触点的分散性以及进料阻力的均匀程度。并且把这些计算结果进行综合分析,确定出正确的汽车覆f盖件冲压方向。以下就是各种目标函数的表达式以及运算条件:
(1)初始接触面积:,初始接触面积要求要大。
(2)初始接触点的分布:,初始接触点的分布要足够均匀。
(3)初始接触点:,初始接触点要多并且分散。
(4)拉伸深度:,拉伸深度要尽可能小。
以上目标函数中,n表示平行直线与截面线相交的段数,Y0为截面线的几何中心的Y点纵坐标值,Yie、Yis以及Yi分别表示从第i段开始的起点、中点以及终点的Y点纵坐标值,Ze、Zs分别表示截面线起点和终点的Z坐标值。
则评价函数U(α)的表达式为:,其中U1=1/f1、U2=f2、U3=1/f3、U4=f4,λ为权系数,可以去各个目标函数最优值的倒数。然后对各目标函数进行加权求和,各个目标函数可表示为转角的函数,在求解过程中假设条件为不能存在死区,然后确定截面的可行域,从而得到每个坐标轴的公共可行域,然后采用搜索法求出每一个截面线的最佳转角,即求出汽车覆盖件的冲压方向的空间坐标值。
在运用计算机以及CAD技术对汽车覆盖件冲压方向进行优化分析时,还需要注意对于等高线以及膨胀率的计算。对于等高线和膨胀率的确定标准需要满足以下几项条件:
1)等高线。利用计算机以及CAD软件做一组垂直于此冲压方向的,间距相等的平行平面或者曲面,通常用平面与拉伸模型面相交,所得的一组交线,将这些交线沿冲压方向投影在同一平面上,标上每条线的高度值,所形成的图为等高线图,然后再通过形成的等高线图,进一步将衡量汽车覆盖件的拉伸方向转化为对等高线的分析和评价,可以通过生成某一拉伸模型面的拉伸等高线,然后对等高线图的各个方面进行分析判断,进而评价拉伸模拉伸方向设计的好坏,即等高线的疏密程度必须保证足够的均匀度通过等高线上的数值,并且对称点的等高线形状需要保持一致,不同拉伸的等高线不能存在交点,只有满足以上条件才能确保汽车覆盖件的拉伸深度符合设计要求。
2)膨胀率。膨胀率可以看成是汽车覆盖件的成型度,具体通过将拉伸模面和毛坯沿某一指定方向按照指定数目做成截面,在拉伸型面和毛坯上得到若干条截面线,每两条截面线中拉伸模型面上的截面线长度与毛坯上的截面线长度之比。通过膨胀率可以估算毛坯材料变形的程度,由于拉伸方向的微小变化,不会对膨胀率造成太大的变化,所以膨胀率仅作为对汽车覆盖件拉伸方向的优化的参考。
3 结束语
综上所述,由于汽车覆盖件冲压方向选择的合理性与精确性直接关系到冲压模具的制作以及后续加工的正常进行,因此需要进行科学合理的分析验证。但是传统的人工操作在方法上以及判断结果上都存在较大的缺陷,所以不利于现代化汽车生产工作,文本主要以计算机技术以及CAD技术对汽车覆盖件冲压方向的确定问题进行优化分析,可以有效地避免人工操作上带来的不确定性因素以及繁重的计算量,极大的提升了汽车覆盖件冲压方向判断的精确性以及合理性,提高了汽车企业的生产效益值得进行推广使用。
摘要：汽车覆盖件具有尺寸大、形状复杂、板材薄等特点,在冲压成型的施工过程中对于冲压方向以及精度的要求十分严格,冲压方向的选择一旦出现失误,不仅会影响覆盖件冲压成型的质量而且还会延误工期以及资源浪费等负面影响。因此本文对汽车覆盖冲压方向的优化进行分析。
关键词：汽车覆盖件,冲压方向,优化
参考文献
[1]阮景奎,柯映林,范树迁,董辉跃.汽车车身模具的数字化快速修复技术[J].汽车工程,2006,(8).
[2]程宏伟.实型铸造汽车覆盖件模具铸件的工艺探讨[A].2009重庆市铸造年会论文集[C],2009.
[3]阮景奎.汽车覆盖件模具高速切削加工过程的数值模拟与关键工艺技术研究[D].浙江大学,2007.
电镀塑料汽车手柄件断裂原因分析 篇9
甲公司为乙公司设计、生产塑料汽车手柄, 在对手柄件进行开/关耐久性试验过程中发现, 少数手柄经耐久性试验2 000次后断裂, 而大部分手柄直到试验50 000次都未断裂。为查明问题原因, 从手柄上取塑料样品, 进行了有关试验研究。
1 试验部分
1.1 试验样品
手柄的塑料部分为PC/ABS合金。
1.2 试验仪器
a.红外光谱仪 (IR) :Nexus 670, 美国Nicolet公司。
b.差示扫描量热仪 (DSC) :DSC 204, 德国NETZSCH公司。
c.热重分析仪 (T G A) :T G 2 0 9, 德国NETZSCH公司。
d.扫描电子显微镜 (SEM) :JEOL JSM-6330F, 日本电子株式会社。
1.3 试验方法
a.用Nexus 670测得样品的红外光谱图。仪器的分辨率为4 cm-1, 扫描次数为32。采用KBr压片制样 (刮取样品与KBr混合、压成片后测红外光谱) 。
b.用D S C 2 0 4测得样品的玻璃化转变温度 (Tg) 。样品用量为5～10 mg, 在N2 (N2的流量为60 mL/min) 保护下测试, 升温速率为10℃/min, 测试执行ISO 11357标准。
c.用TG 209进行样品的热失重分析。样品用量为5～10 mg, 保护气和吹扫气均为N2, 流量分别为10mL/min和20 mL/min, 升温速率为20℃/min, 测试执行ISO 11358标准。
d.采用SEM研究由开/关耐久性试验造成的断裂面和其他部位的微观形态, 除开/关试验造成的断裂面外, 其他断面均由液氮冷冻后脆断产生。
2 结果与讨论
2.1 红外光谱分析
图1是断裂手柄和合格手柄的局部照片, 断裂位置见图中标识。
图2是手柄塑料的IR图。可以看出, 断裂手柄和合格手柄的红外光谱无明显差别, 说明两者的塑料材质基本相同。
2.2 差示扫描量热分析
图3是手柄塑料的DSC曲线, 根据该曲线可以得出塑料组分的玻璃化转变温度 (Tg) , 见表1。低温处为ABS的Tg, 高温处为PC的Tg。由图3可见, 断裂手柄和合格手柄的塑料组分的Tg无明显差别, 这也证明断裂手柄和合格手柄的塑料组分基本没有大的区别。
2.3 热失重分析
图4是手柄塑料的TGA曲线, 由该曲线可以求出塑料的起始分解温度和820℃时的样品残余量 (见表2) 。TGA曲线呈反“S”形, 只出现一个“阶梯”, 表明断裂手柄和合格手柄塑料中无严重相分离。从表2可知, 断裂手柄塑料样品的分解残余量比合格手柄的略高, 表明两种手柄塑料的组成略有差别。
2.4 扫描电子显微镜分析
将断裂手柄经开/关耐久性试验造成的断裂面命名为断面1, 与断面1相应的合格手柄的断面命名为断面3, 图5是断面1和断面3的SEM照片。由图5可见, 虽然是相应部位, 但断面形态有很大不同。断裂手柄塑料的分散相呈较大颗粒分散, 分散相的分散性、ABS和PC界面的粘结性均相对较差, 这是导致手柄容易断裂的主要原因。
将断裂手柄的不同于断面1部位的断面命名为断面2, 与断面2相应的合格手柄的断面命名为断面4, 图6为断面2和断面4的SEM照片。由图6可见, 合格手柄和断裂手柄的非支撑部位断面都比较均匀;比较同一手柄的不同断面的SEM照片 (图5a与图6a, 图5b与图6b) , 可以发现不同断面的形态差别较大, 在开/关耐久试验过程中发生断裂的部位 (如断面1和断面3) 的形态相对较不稳定, 这可能与注塑时原料在模具不同位置的流动性不同有关。
3 结束语
汽车覆盖件模具复合工艺技术应用 篇10
冲压模复合工艺
常见冲压模具工序有拉延、成形、修边、翻边、整形和斜楔修边、冲孔等, 通常各工序内容需要一个工序完成 (即一套模具) , 复合工艺是指将以上工序中的两种或两种以上集成到一个工序完成, 集成后的工序常常存在成形过程复杂, CAE分析模拟难度大, 模拟精度不高, 模具结构及运动方式复杂难以实现, 模具强度、寿命受限, 模具加工、调试要求高、难度大, 零件成形过程难控制, 零件品质难保证等问题。复合工艺设计, 需要在工艺及模具设计阶段对风险进行充分的评估和精确的分析, 并在工艺面造型、工序内容、模具结构上进行特殊、精妙的处理, 才能确保方案可行。否则将导致模具功能、零件品质达不到预期要求, 造成严重的后果。常用的复合工艺有:成形或整形与修边工艺集成, 翻边与修边工艺集成, 修边或翻边与侧冲或侧修工艺集成。
1. 成形与修边复合工艺
带切角坯料的拉延工艺是最常见的成形与修边工艺集成, 如图1所示。
(1) 工艺原理。拉延成形需要坯料为异形坯料, 由于方料不能满足成形需求, 若使用剪板机手工下料, 板料尺寸精度不能保证且效率低下, 复杂的形状还不能实现。若采用开卷落料工艺, 生产效率提高了但要增加落料模, 工装成本和冲压成本也随之增加。若将落料的工序内容集成到拉延工序上, 节约了一套落料模, 既提高了冲压生产效率, 又降低了冲压成本。
(2) 模具结构原理。如图2和图3所示, 拉延与落料集成的工艺, 在上下模压料面区域需要设计修边刀块, 由于需要保证上下模修边刃口的间隙, 上下模需要增加导柱进行精密导向, 即采用导柱加导箱的结构, 模具下模高度需要满足废料滑落的空间。
(3) 加工调试特点。由于修边容易产生毛刺和铁屑, 同时随材料流动时带到压料面上, 易刮伤型面, 加工时需要保证上下模修边刀块的刃口间隙和垂直度, 避免修边时毛刺和铁屑产生。带剪切工序的拉延模优点是节省落料模, 生产效率高;缺点是修边产生的毛刺、铁屑不易完全消除, 铁屑被板料带入型面后容易损伤压料面, 模具保养频次相对较高。由于毛刺、铁屑容易影响零件外观, 该复合工艺只能用于内覆盖件零件。
2. 修边与整形复合工艺
图3是某梁类件切边、整形复合工艺的应用情况。
(1) 工艺原理。由于产品造型原因, 产品形状不能直接通过拉延完全成形, 拉延时产品部分区域未成形到位, 需要对拉延工序件修边后再进行整形工作将产品整形到位。修边和整形工作通常需要两个工序才能完成, 若对拉延造型进行适当处理, 对工序布置进行一定调整, 可将部分区域修边和整形工序内容集成到一个工序完成, 节省一套模具。图3所示类型, 产品深度较大, 为保证拉延成形性, 拉延工序仅成形出产品的部分深度, 后工序将修边和整形集成到一起, 修边镶块同时也是整形镶块, 修边镶块通过刃口面与下模镶块共同作用将废料剪切开。
图4所示为切整工艺在修边开始、修边完成后的整形中、下死点三个状态的简图。修边镶块进行剪切的同时已开始对工序件进行整形工作, 修边完成后, 产品与废料完全脱离开, 整形工作继续, 直至产品成形到位。
(2) 工艺特点。由于切整复合工艺修边与整形同时开始, 修边线的展开位置是随着整形工作的起始时间而变化的, 需要工艺人员通过准确判断整形工作对修边线的影响, 计算出修边线的理论位置, 同时要注意修边前的工艺面要满足修边时刃口角度要求。
(3) 模具结构特点。切整结构的整形镶块强度比较弱, 需要合理设计。由于修边的同时已开始整形, 废料刀的台阶会产生毛刺, 所以不能直接在修边镶块上设计废料刀将修边的废料切断, 需要设计成废料滑落后二次切断的结构。图5为梁切整形工序模具图, 切下模修边镶块设计要注意废料下滑等。
(4) 加工调试特点。切边整形镶块加工精度要求较高, 加工及装配难度较大;模具调试时既要保证整形面的研配, 又要保证修边刃口间隙, 调试研配困难;对整形面品质的调整会导致修边线变化, 零件品质难保证。切边整形镶块强度较弱, 模具寿命受限, 整形区域品质调试难度大, 模具返修困难, 对加工和调试要求高。
3. 修边与翻边复合工艺
(1) 工艺原理。通常零件的翻边工艺是在前一工序将翻边区域完成修边后进行的, 修边和翻边的工序内容需要两个工序完成, 为了能够减少工序数量, 可将修边工序内容和翻边内容集成到一个工序完成。图6所示为切翻的两个位置的示意, 上下压料器先接触, 将工序件压住后一起向下运动 (上压料器压力大于下压料器, 下压料器弹簧压缩, 向下运动) , 运动至工序件接触到下模切翻镶块型面时, 开始切边, 同时开始上翻边, 直至翻边完成, 切翻镶块翻边型面与上压料器型面完全贴合时翻边工作完成, 上压料器弹簧开始压缩, 模具继续完成其余工作内容。
(2) 工艺特点。切翻处前序工艺面的造型很关键, 需要保证材料利用率, 在尾部侧整形成形的基础上控制好修边线的展开位置, 确保切翻时下模刃口厚度。
(3) 结构特点。如图7所示, 切翻镶块强度比较弱, 模具运动关系较为复杂, 设计人员需要搞清楚各部件工作时的运动关系, 上下压料器行程的设计, 各部分机构运动的先后顺序的控制是难点, 下模切翻镶块刃口厚度一般只有2~5 m m, 上模修边镶块吃入量较大 (为上压料器行程及上翻行程之和) 。
(4) 加工调试特点。修边翻边镶块集成了修边和翻边功能, 镶块上既包含翻边面又包括修边刃口, 加工精度要求高, 加工难度大。钳工装配和调试模具的难度都高于普通的模具。
4. 翻边与侧冲孔复合工艺
图8是当翼子板零件直翻边的同时在直翻边面上进行侧冲孔的集成工艺实例。
(1) 工艺原理。通常冲压模工艺设计中, 产品上因还未进行翻边, 翻边面上不能进行冲孔, 同时翻边镶块会与侧冲孔结构或机构运动轨迹干涉, 两种工序内容不能在同一工序完成, 若对冲压工艺和模具结构进行特殊处理, 避开干涉的结构或机构运动轨迹后则可实现两种工序内容的集成。如图9所示结构, 首先需满足在工件完成翻边后才能进行侧冲工作的运动关系, 同时, 需要加大翻边镶块的吃入量, 以便翻边镶块有足够的空间来避开侧冲孔组件的运动轨迹。
(2) 工艺特点。斜楔组件的安装空间以及运动轨迹决定了翻边吃入量的大小, 是否能够通过工艺面的调整, 使翻边镶块满足斜楔的安装和运动空间是该复合工艺可行的关键。
(3) 结构特点。如图1 0所示, 因为翻边镶块要设计斜楔及其运动空间的避空, 虽然通过加大镶块吃入量而得以实现, 但镶块的强度及加工工艺性都比较差, 需要精心考虑。
(4) 加工调试特点。带侧冲的翻边镶块加工工艺性较差, 镶块淬火后变形大, 加工工艺需要特殊考虑。模具调试时侧冲孔与翻边是交错完成, 镶块及冲头刃口的调试困难。
结语
汽车工业经过一个多世纪的发展, 已从单纯的机械化逐步发展到现在的集电子化、网络化、智能化、自动化等于一体的新型产业。汽车工业技术的飞速发展, 使主机厂对其上下游企业的技术发展提出了更高的要求。对各冲压模具企业来说, 提供品质更高、成本更低、周期更短的模具已是基本要求, 而复合工艺技术的应用, 可以有效降低车身零件的冲压工装成本和冲压生产成本。复合工艺技术的应用要求工艺设计人员有丰富的设计经验和深厚的模具知识, 同时要求模具制作厂家有高精度的加工设备和高技能的模具调试人员作保障。
