覆盖件冲压模具

覆盖件冲压模具（精选10篇）

覆盖件冲压模具 篇1

车身覆盖件是指汽车车身内、外表面的薄壳板件。不同于一般的冲压件, 覆盖件有独特的结构和质量要求。覆盖件的主要特点是:形状复杂、外形尺寸大、表面质量要求高、具有较高的刚度和良好的成形工艺性等。

试制模具又称软模或者快速模具, 其作用是制作工程样机或者样车, 满足验证设计方案的试验需求。试制模具既要满足产品的设计和使用要求, 又要在最短时间内用最少成本作出实物制件。因此, 试制模具的制造工艺方式与正式

量产模具不尽相同。

1 后围外板介绍

后围外板 (图1) 的尺寸为760 mm×982 mm×362 mm, 材料厚度为0.8 mm, 相关参数见表1。

后围外板属于车身外覆盖件, 其模具的设计要求和制造精度要求比较高, 同时冲压过程中不允许出现大的凸包和凹陷、起皱、波纹、棱线错位、划伤和拉毛等缺陷。

2 模具设计

2.1 模具设计流程

工艺方案确定→冲压方向选择→压料面设计→工艺补充设计→拉延筋布置→CAE分析→评审→模具结构设计→模具会签→2D图纸。

2.2 模面设计介绍

模面设计是根据冲压工艺和模具设计知识, 完成优选冲压方向、压料面形状确定、工艺补充面设计以及拉延筋的设计与布置等, 以获得最佳的材料流动状态, 达到拉延出合格拉延件的目的[1]。

在确定工艺补充之前, 首先需要进行冲压方向的选择, 在将后围外板沿Y轴旋转-81°为最优冲压方向, 此时后围外板的拉延深度为290 mm (图2a) 。

压料面是凹模型面圆角半径以外的部分, 其设计原则如下。

a.保证拉延深度最小。

b.保证各部分进料阻力均匀。

c.压料面应为平面、单曲面或者曲率很小的双曲面。

根据上述原则结合后围外板的形状特点设计压料面的形状如图2b。

2.3 成形性分析

2.3.1 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, 见图3, 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Ф16 mm、高度8 mm的圆筋;方案2在压边圈上和窗口分别布置一圈直径Ф16 mm、高度8 mm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Ф16 mm、高度8 mm的圆筋;方案4在压边圈上布置一圈直径Ф16 mm、高度8 mm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) 。

由图4可知, 这4种方案均无破裂现象出现。前3种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Ф36 mm的圆筋。选取模面上有代表性的6个位置点 (图5) , 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, 结果见表2。

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]。由表2可见, 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。

2.3.2 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, 分析结果见表3。

由表3可知, 改善润滑条件可以降低拉延力, 这对形状复杂零件防止局部拉延较深的形状破裂起到关键的作用。

2.4 模具结构设计

2.4.1 模具材料的确定

模具常用的铸铁材料有H T 2 5 0、H T 3 0 0、QT500和合金铸铁。根据零件数量选择模具材料, 小批量采用灰口铸铁, 中批量采用球墨铸铁, 大批量采用镍铬铸铁等合金铸铁。综合考虑零件的形状、数量及其技术要求, 采用了HT300铸铁材料, 模具详细结构见图6。

2.4.2 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[3]。

(7) 起吊装置是否可靠[4]?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。

3 模具制造与冲压调试

3.1 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。

3.2 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 (图8) , 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?

3.3 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。

3.4 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2 000 t压力机上, 利用0.8 mm的条状料片进行凸、凹模的定位;然后进行着色检查 (图9a) , 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 (图9b) , 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1 600 mm×2 100 mm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 (图10a) , 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1 500 mm×2 080 mm毛坯后, 该现象消失 (图10b) , 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 (图11) , 最终得到合格的制件见图12。

4 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。

摘要：以后围外板试制模具为例, 介绍了模具的设计、制造和冲压调试过程。重点介绍了后围外板试制模具的设计过程, 详细对比了4种方案的CAE分析结果和不同润滑条件对成形过程的影响, 并简要说明了模具设计、制造和冲压调试过程中需要重点控制的因素。

关键词：外覆盖件,试制模具,CAE分析

参考文献

[1]李建华, 等.模具CAE技术在轿车发动机罩外板模具调试中的应用[J]。汽车工程, 2005, (1) :122.

[2]中国机械工程学会锻压学会.锻压手册[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[3]李用哲.汽车覆盖件模具设计与制造全过程检验图解[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[4]规划设计院冲压部.奇瑞汽车模具设计与制作规范[M].芜湖:2010.A T

覆盖件冲压模具 篇2

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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)。

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汽车覆盖件冲压工艺优化浅谈 篇3

关键词：汽车覆盖件；冲压工艺；优化

随着我国经济的快速发展，人们的生活质量也得到了大幅度的提高。汽车工业也步入了一个新的领域，人们对于汽车的需求在不断的增大，所以我国目前已经成为了世界上汽车产销销量最大的国家。但是由于我国的人口众多，所以使用大数量的汽车会对环境造成一定的影响，因此，汽车工业应该得到优化和发展以解决这个问题。汽车覆盖件是汽车中最重要的组成，我国目前有200多家汽车冲压模具生产的企业。对于国内的冲压技术一般使用的CAE技术，这种技术多用于大型汽车的制造。虽然我国在冲压工艺方面有一些不错的成绩，但是相较于发达国家而言，还是需要不断的进行优化。

一、汽车覆盖件冲压工艺设计

汽车的覆盖件与其他冲压件有很大的不同，汽车覆盖件的板料是很薄的，而且尺寸相较于一般的冲压件是大的，形状也比较复杂。汽车覆盖件很多都是空间曲面，对覆盖件表面的质量也有较高的要求等。由此可以看出汽车覆盖件冲压工艺的重要性。一般而言，进行汽车覆盖件冲压工艺的技术需要有经验的资深工程师进行设计。冲压工艺技术的设计有很大的影响，不仅对汽车覆盖件最终的成型质量有着重要的影响，对设计与开发的资金和开发的周期也有重要的影响。良好的汽车覆盖件冲压工艺技术可以提高覆盖件的冲压质量，最重要的就是可以很好的避免覆盖件出现破裂，起皱和回弹的严重问题，一旦这些问题出现就会对汽车造成严重的影响。对于外部的覆盖件而言，在冲压工艺的设计当中，要重视对滑移线出现的避免，还有避免冲击线出现外观缺陷的现象。好的冲压工艺在冲压的过程中，要将板料的应变能力提高，以此来减少汽车在行驶的过程中的震动问题，这样还会提高驾驶的舒适性，提高车身的耐久性。根据有关的资料表明，在覆盖件的成本当中，有70%的材料费用，所以将汽车车身的成本进行降低也是好的冲压工艺可以实现的。

二、拉延筋设计与补充面设计

拉延筋设计与补充面设计都是冲压工艺设计中重要的内容，也同样对汽车覆盖件成形的质量和成本有着举足轻重的作用。所以下面就简单介绍一下这两种工艺设计。

首先介绍的是拉延筋设计。拉延筋的设计主要应用在对汽车覆盖件的拉伸成形方面。汽车的覆盖件在进行拉伸成形的过程中，为了能够使得板料产生形变，会在毛坯的周围有拉应力的作用。一般能够构成拉应力的力有很多，例如毛坯法兰面上的变形抗力，压机的作用力，还有就是压料面上的作用力。但是如果想要制造出好的汽车覆盖件，光有压面料和板料之间的摩擦力来实现板料的流动是完全不足够的。所以就需要在压料面上面设置拉延筋。因为拉延筋可以在很大的范围内对毛坯的塑性应变的大小以及分布进行控制，不仅如此，还可以有效的控制破裂和起皱的现象。

其次介绍一下补充面的设计。工艺补充面有很大的作用。进行工艺补充面设计的原则是要保证覆盖件能够顺理成型的基础之上，让板料可以发生塑性变形，以此来将覆盖件的刚度进行提高又不会使得材料变薄。工艺补充面设计的合理性决定了冲压工艺的质量，对覆盖件拉延成形的工艺参数有直接的影响，也对毛坯的变形条件等有直接的影响。进行工艺补充面的设计是为了能够顺利的将拉延实现所进行的，随着工序的进程，最终工艺补充面是需要被切除的，变成工艺中的废弃料。因此就需要在可以保证覆盖件能顺利进行拉延工作的前提下，将工艺补充面尽量减小，这样就不会产生过多的工艺废料，大大的提高了板料材料的利用效率，也可以节省很多的成本。尤其是大型的冲压件，板料材料的成本就占了冲压成本中最大的比重，大约是70%左右，所以提高材料的利用率对汽车工业而言是毋庸置疑的。

三、汽车覆盖件冲压工艺优化

汽车行业的竞争正在不断的增大，各个汽车公司都在新车的设计与开发中投入了极大的力度，将汽车开发的流程缩短成为了各汽车公司所面临的最重要的问题。在汽车的生产过程中，最费时费力的一个环节就是模具的开发。所以将模具开发的周期缩短是目前汽车行业所面临的巨大挑战。

在最近的几十年之间当中，汽车开发中的CAD/CAM/CAE技术得到了不断的发展和应用，由于这几个技术的出现，已经将模具的开发周期逐渐的进行缩短，由最开始的两年左右慢慢变成现在的一年甚至是几个月的时间，但是想要靠着这几个技术将时间再度的缩短已经成为了不可实现的一个目标，为了能够实现将模具的开发周期缩短这一目标，应该采用其他的方法。

对于拉延筋设计的优化。在对模具进行调试的阶段有很多的方法可以进行，例如修改毛坯形状尺寸，修改拉延筋的布置和形状尺寸等，在这些方法当中最有效，最重要的就是调整拉延筋手段。优化拉延筋设计可以有效的提高拉延成形的结果。将拉延筋进行调整是一个试错的过程，在这个调试的过程中会增加模具生产的周期，也会产生额外的时间，将模具生产的成本大大的增大。所以在进行冲压的过程中将拉延筋的参数确定会加大对模具调试的作用。所以将拉延筋进行优化最为重要的就是在设计冲压工艺期间将拉延筋的参数进行确定。

四、总结

汽车行业在不断的发展，人们对汽车的需求也在不断的加大，如何能够将汽车产业进行进一步的发展是需要汽车产业思考的问题。覆盖件的冲压工艺技术在一定程度上将汽车产业推向顶峰，虽然目前还有很多的技术需要去完善去优化，但只要不断努力的坚持，将拉延筋设计，工艺补充面设计进行优化就能够缩短模具的开发周期，也可以将汽车的生产成本降低，对汽车覆盖件的生产有重要的作用，因此汽车制造行业要不断的将技术优化，一定会向好的方面发展。

参考文献：

[1]李毅，张火土，李延平等.汽车覆盖件冲压成形性能分析与工艺优化[J].集美大学学报：自然科学版，2012，17（4）：287-292.

[2]王德伦，谭立灯.基于Dynaform的汽车覆盖件拉深成形分析[J].四川兵工学报，2014，35（1）：65-67.

新型车身覆盖件冲压设备综述 篇4

1 传统的曲柄压力机与框架式液压机

曲柄压力机是利用电机带动飞轮高速转动, 并储存能量, 然后由离合器把能量传递给减速-曲柄系统的机械压力机, 如图1所示。

其能量公式可表示为:

式中:E为输出的能量;

J为系统的的转动惯量;

ω1为冲压前的飞轮转速;

ω2为冲压后的飞轮转速。

按照国际通行的设计规范, 曲柄压力机冲压时最大允许电机转速下降1 5%～20%。按照20%计算, 则曲柄压力机此时的最大输出能为E=0.18 Jω12, 可见飞轮的转速变化对最大输出能产生指数倍的影响。而滑块的速度v与飞轮转速ω的对应关系为:

式中:i为飞轮至曲柄的减速比;

R为曲柄半径;

L为连杆长度;

α为曲柄的相位角。

根据现场实测, 对于某种典型拉伸深度大、成型复杂的车身覆盖件拉伸时的最佳速度在20～35mm/s左右, 增大压边力后可提高至200mm/s左右。按照国内通行的大吨位多连杆单动压力机进行反拉伸时计算, 滑块速度200mm/s时, 压力机循环速度为11rpm, 飞轮转速约为150rpm。若循环速度为12rpm, 飞轮转速约为166rpm, 最大输出能差了1.2倍。而且当拉伸速度快时, 需要的压边力就大, 这又增加了飞轮克服气垫提供的压边力耗能。因而对于单动反拉伸多连杆机械压力机而言, 输出能量/输出力与拉伸速度存在着矛盾关系。

快速液压机则利用油泵将液压油注入油缸, 使滑块运动, 并获得能量, 如图2所示。

目前较为先进的液压机普遍采用恒功率变量泵+比例阀或者比例泵的控制模式, 即保持泵的功率恒定, 当总冲压力小时, 流量大、滑块速度快;当总冲压力大时, 流量小、滑块速度慢, 而且油泵的输出压力也可数控限制。这样的话理论上就可以实现各种冲压速度和压力的组合, 并能够实现任意时间的保压, 对冲压工艺的实用性极高, 特别适于复杂零件的拉伸。

快速液压机的滑块运动受到泵的功率、阀的响应速度、液压油的水击现象等多种因素影响, 具体的运行过程是:加速下行 (约0.1s) -快速下行 (速度可达400mm/s-500mm/s) -减速下行 (约0.2s) -拉伸-保压/系统卸压及阀换向 (约需0.7-1s) -加速回程 (约需0.1s) -快速回程 (速度可达350mm/s-500mm/s) -减速回程 (约需0.2s) 。

如快速液压机与8连杆机械压力机按照同样的工艺拉伸时, 按照同样的滑块行程, 则快速液压机要比8连杆机械压力机在10spm时每次行程慢约2s。实际上按照动力学计算, 8连杆机械压力机之所以采用1100mm～1200mm的行程主要是为了满足公称力和300mm左右的拉伸行程的需要。如采用自动化上下料, 快速液压机可采用800mm行程即可满足生产需要, 此时二者每行程的时间基本一致。

快速液压机的最大缺点是使用能耗较大, 机械压力机即使在最高产量的情况下, 能耗也比快速液压机少30%左右。

2 冲压生产提升效率的手段

早期的自动化装置依靠压力机与机械手之间顺序控制实现上下料, 这种模式和有光电保护装置的人工线生产较为类似, 即压力机回到上死点停止后, 机械臂或人工进行上下料作业, 待全线的上下料完成后, 压力机才进入下一次循环。由图3可以看出, 在8连杆机械压力机的全行程中, 最多有1.6s是用于冲压生产 (对应300mm拉伸行程) , 只占冲压循环的27%, 这样即使采用自动化上下料装置, 平均生产节拍似乎也只能达到略大于6spm的水平, 这样高额的自动化装置的投入并未体现出与人工操作的明显优势。图4反映了冲压生产中各种动作占总时间的比例关系, 可见实际的冲压时间只占总冲压循环的16%以下, 如何减少辅助时间是提高冲压线效率的主要方向。

随着压力机和自动化装置的控制水平提高, 近年来出现的冲压线同步控制技术大大提升了整线的循环节拍。简单的说, 同步运动控制是由伺服驱动技术延伸发展而来的, 利用伺服驱动器驱动伺服电机并采集反馈信号到驱动器的核心控制单元实现高动态响应的运动控制, 从而将压力机动作与各自动化装置的动作按照反馈信号进行解算, 从而将下料化装置、上料装置按照主从关系插入压力机滑块的位置和速度中, 并使整线的自动化装置和压力机顺次协同动作。仍以机械压力机压力机采用10spm为例, 由于自动化装置的动作插入了滑块的上行、下行之间, 整线的冲压循环时间缩短至7s以内, 使整线效率提高30%。

根据现场实测, 采用同步控制技术的自动化装置上下料的实际时间略大于3s～3.5s, 已经小于压力机上行和下行的时间只和约1s左右。而上行和下行行程又受到最大拉伸深度的限制而不能过小, 从而造成普通多连杆压力机无法进一步减少冲压总循环时间, 如需要进一步提高效率则只能减少滑块的上行和下行时间, 并保证冲压时的速度不能过快入手。

3 机械-液压复合压力机

该技术是将液压机复合在机械压力机的滑块内, 液压机部分采用蓄能器存储能量, 并采用闭环伺服阀控制二级滑块的压力和速度, 机械压力机只提供滑块的高速下行和上行, 滑块内的液压机则在下行时同时推动二级滑块下行, 及早接触工件后开始换阀加压拉伸。拉伸过程中, 比例阀也能够控制二级滑块的实际压力和“后退”速度, 从而获得需要的拉伸速度和拉伸力, 在机械压力机开始上行后, 还能够提供额外的保压时间和压力。复合压力机工作原理和二级滑块的运动曲线。由于受到蓄能器能力和滑块空间的限制, 这种压力机目前的吨位较小, 液压行程较短, 尚不能完全适用于车身大型覆盖件的生产。

4 伺服控制机械压力机

该技术被应用后很快在我国获得推广, 其制造技术也很快被国内主要压力机制造商突破, 伺服控制机械压力机依靠伺服电机直接驱动减速机构和曲柄, 取消了储能作用的飞轮, 从而可以实现在上行、下行阶段高速运动, 在拉伸阶段慢速运动。并且滑块也只需根据不同的拉伸深度上行至自动化装置可以取料的最小高度即可, 不再需要曲柄进行圆周运动, 只需在一定的相位角度内摆动即可。另外伺服压力机还可以控制滑块在一定位置悬停, 起到类似液压机的保压作用。从而使机械压力机具备了以前液压机才有的灵活的工艺性。甚至还可以进行振动频率数百赫兹, 振幅不足1mm的步冲及打击冲压的能力, 工艺灵活性极高。

相比较普通8连杆压力机, 对于同样的拉伸行程就不再需要过大的曲柄行程, 因而可以降低设备高度和重量, 并减少厂房的投资。

5 双电机机械压力机

由于伺服控制多连杆压力机采用超大功率的伺服电机直接驱动减速曲柄机构, 其造价高的惊人。如果现有飞轮储能结构在一定速度下满足拉伸的能量和速度需求, 那么采用全伺服控制就显得有些技术过剩。A B B公司最近推出了一种伺服控制的双电机普通干式离合器机械压力机改造技术, 称为DDC (动态驱动链) 技术, 简单地说该技术在普通的多连杆机械压力机之上增加另外一套电机-减速机机构直接减速-曲柄机构, 在滑块下行和上行时, 利用新增加的电机高速驱动曲柄的转动;在拉伸开始时利用原有的电机和飞轮储存的能量工作, 在伺服系统的精确控制下可以实现等速的电机转换, 从而实现离合-制动器的少无损耗使用。

6 采用伺服电机驱动的快速液压机

传统的快速液压机伺服阀和伺服泵控制, 可以实现压力、速度的数控, 但也存在着调节范围窄, 能量损失大, 高精度控制困难等缺点。采用伺服电机驱动的快速液压机采用改变伺服电机的转速和方向, 通过闭环控制液压机的压力、速度、位置等参数。由于伺服电机响应速度快, 速度调节范围宽, 可以有效的减少可以得到更优的控制性能。

通过改变伺服电机的转速, 实现压机压力、速度、位置的精确控制, 结合控制系统实现压力、速度、位置的数控功能。由于采用伺服电机控制滑块的快降和回程速度, 因此可以精确控制滑块的加减速, 滑块在速度转换时的冲击, 同时也可提高滑块快降和回程速度, 从而提高了液压机的效率, 其滑块行程的重复定位精度水平差不多达到了研配液压机的±0.05mm等级。这种伺服液压机还省去了液压系统中的调压回路、调速回路, 甚至可以省去换向回路, 液压系统变得很简单, 提高了液压机的维修保养性。另外还取消了比例伺服液压元件, 对液压油污染不敏感。液压泵断续工作, 液压油使用时间长, 可节约50%的液压油成本。但其速度赶上伺服机械压力机还需要进一步努力。

7 结语

通过以上介绍, 如果采用上述先进压力机组成的自动化冲压线, 对于机械压力机下行、上行速度达到24spm, 拉伸时的速度仍为10spm时, 各种设备的运动曲线对比。可见伺服机械压力机和D D C压力机在速度上远远领先于其它种类的压力机, 必然是未来的发展趋势。虽然其投资相对较高, 但随着高效、节能、柔性、环保和舒适的冲压环境越发的关注, 以后我们将见到越来越多的高性能压力机的出现。

参考文献

[1]德国舒勒股份公司.金属成形技术手册[M].1999.

[2]上海ABB工程有限公司.DDC DynamicDrive Chain[Z].2010.

覆盖件冲压模具 篇5

关键词：汽车覆盖件 模具设计 CAE技术 应用

中图分类号：U462文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0039-01

1 汽車覆盖件和CAE技术概述

汽车覆盖件是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。汽车覆盖件模具设计必须采取较高的尺寸精度，保障焊装或组装时的准确性和互换性：形状上要保证质量，不出现压凹痕、褶皱、擦伤等，棱线应清晰、平直，曲线应圆滑、过渡均匀；材料要足够塑性；零件要足够刚性。

CAE技术即计算机辅助工程技术，能够贯穿汽车开发全过程，包括结构分析优化；噪声、振动与不平顺分析；汽车碰撞模拟分析；覆盖件成形性模拟分析等，应用十分广泛，但CAE技术难度大，深度深。

2 汽车覆盖件模具设计应用CAE技术的一般过程

应用CAE技术进行汽车覆盖件模具设计制造需要反复设计，其一般的理论过程主要是：（1）设计零件几何模型。即应用CAE技术，首先要在根据金属塑性成形过程的材料流动规律，在三维CAD软件中设计出零件的几何模型，并设计出压料面和工艺补充面。（2）建立有限元模型。根据上述的成形模具的几乎模型建立有限元模型，进行有限元计算。（3）分析试运行结果。如果不满意分析结果，就需要重新返回三维CAD软件中重新修改零件的几何模型，并将修改或模型再次进行CAE分析，这其中离不开生产有限元网格和设置成形参数。

3 应用实例介绍

以一轮廓尺寸为164 cm×88.5 cm的轿车顶盖形件为例，以此来说明如何应用材料成形冲压CAE技术在汽车覆盖件冲压拉深成形数值模拟仿真过程及其工艺参数优化的应用。

3.1 设计车盖几何模型

进行工艺补充面初步设计，采用平面坯料一次拉伸成形，在UG软件①中建立盖形件三维立体模型，后进行抽面处理，并将添加补充面后的曲面模型（见图1：车盖曲面模型）导入到冲压仿真Dyanform软件中。

3.2 建立有限元模型并分析

采用自适应网格，划分坯料网格，可以采用自适应网格或者曲线划分网格。网格划分的单位数越小，模拟运算板料变形精确度越高，但所需的计算时间也相应地增长。通过网格划分，建立三维零件曲面的有限元模拟模型（见图2：有限元模型）。

3.3 试运行结果分析

采用1/2模型模拟，由于采用平面坯料一次拉伸成形，因此坯料在压边过程出现深度达10 cm以上的严重内凹（见图3：严重内凹），导致过多材料积聚于坯料中间部位，成形车盖中间部位材料变量过小，其刚度会受到严重影响。

3.4 优化设计

针对汽车顶盖件设计出现的上述内凹问题，优化设计可以考虑先预成形，后拉深成形，通过计算，最大主应变值为0.72%，预成形后各板料部位应变量较小，对后续拉深成形影响可以忽略不计，因此，此方案可行。

3.4.1 优化工艺补充面

通常，设计工艺补充面需要相同化板料拉延深度，促使板料均匀流动。针对在此拉深成形模拟中出现的中部板料严重变形问题，可考虑增加中部拉延深度，以避免车盖模具中间位置面积大而曲率小的缺陷，以从其他临近位置补充中间板料。或者将压料面中间位置改为平面，进一步加大中部拉延深度，结果表明，明显改善了成形效果，相应位置模具圆角的修改也很好地解决了模具出现的开裂问题。

3.4.2 优化模具圆角和坯料几何

要提高汽车覆盖件成形效果，采用修改模具圆角是常用方式，但要保障覆盖件的基本性能，本例主要修改了工艺补充面的圆角特征来解决开裂实效问题。而优化坯料的几何形状，则包括优化其尺寸，切开位置，并借助逆向法有限元计算进行估算，以估计出复杂边界零件的坯料几何。轿车顶盖覆盖件由于其边界接近矩形，因此，可以用矩形的板料作为坯料的基本形状并对其进行局部修改以最终实现成形要求。

结果证明，案例中的轿车顶盖覆盖件在应用CAE技术并进行坯料几何和模具圆角的优化设计后，明显改善了轿车顶盖的成形条件并提高了汽车顶盖的冲压成形效果。

参考文献

[1]陈剑鹤.汽车覆盖件冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]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）：54-58.

注释

覆盖件冲压模具 篇6

2008年在宏观调控、特大自然灾害、股市财富效应消失及国Ⅲ排放标准实施以及2009年国际金融风暴等一系列因素的影响下, 我国的汽车业受到了一定的影响, 但我国汽车产销量仍以较高的速度增长。汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇, 据有关资料显示, 在美国、日本等汽车制造业发达的国家, 汽车模具在整个模具产业中占有50%左右的份额。而在我国, 仅有1/3左右的模具产品服务于汽车制造业, 因此, 汽车模具市场有相当大的发展空间, 而汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要组成部分, 也是技术最密集、加工难度最大的部分。

产能结构

由于汽车工业的快速发展, 汽车覆盖件模具市场需求急剧增加, 因此许多企业加大了技术改造力度, 一些新建企业也快速发展, 使汽车覆盖件模具的生产能力大为提高。经过技术改造, 原来行业中公认的四大模具厂 (一汽模具制造有限公司、东风汽车模具有限公司、天津汽车模具有限公司和四川成飞集成科技股份有限公司) 都已有了生产大中型汽车覆盖件模具200万元左右工时的能力, 模具年产值都超过1亿元, 有的还超过了2亿元。这与2000年相比, 能力已增加一倍以上。除此四家外, 近年来新涌现了一批年产模具可以超过或接近1亿元的企业。例如福臻实业公司、普什模具有限公司、北京比亚迪模具有限公司、哈尔滨哈飞汽车模具制造有限公司、跃进汽车集团南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模具有限公司、河北兴林车身制造集团有限公司和潍坊模具厂等。此外具有年产5000万元左右汽车覆盖件模具能力的企业全国还约有10多家。这20多家的汽车覆盖件模具生产企业是目前市场的主力, 总能力已有20亿元左右。再加上其他一些小企业, 估计我国目前已有30亿元左右的汽车覆盖件模具生产能力。

从近年的发展情况看, 民营企业发展很快, 外资企业也开始进入中国, 其中日资和台资最为活跃。现在生产汽车覆盖件模具的企业越来越多, 仅在2004年5月第十届国际模具技术和设备展览会上参展的厂家就有40多家。估计目前全国已有百家以上了。例如, 被中国机械工业联合会授予“汽车模具之乡”的河北省泊头市已有20家生产汽车覆盖件模具的企业。上海目前也已集中了10家左右的汽车覆盖件模具生产企业, 总能力也有3亿元左右。比亚迪、长城、瑞风、屹丰、华庄和千缘等一大批民营汽车模具生产企业由于投资力度大、起点高、服务对象明确, 已成为异军突起的生力军。

发展现状

1.设计水平

汽车工业比较发达的欧美国家在进行汽车覆盖件模具设计时, 大量采用三维C A D设计, 比例高达70%~90%, P r o/E、U G等软件的应用也很普遍, 利用这些软件创建的自动绘图精确度高, 得出的计算数据可靠, 数据库功能较强, 因而设计效率很高。相对于国外的先进水平, 国内在汽车覆盖件模具的设计上则显得力不从心。国内一批大、中型汽车覆盖件模具生产企业陆续引进了一定数量的C A D系统, 并配置了一些设计、分析的专用软件, 取得了一定的经济效益。但是由于多方面的原因, 仍有不少中小型企业还停留在手工设计模具的阶段, 采用传统的设计方法和二维C A D设计, 导致设计的标准化和开发应用水平低, 效率不高, 并且在设计的理论和实践经验的积累上远远落后于国外。

2.制造水平

在汽车覆盖件模具的制造上, 国内外也有很大差距。当前国内采用C A M技术的普及率还不够高, 应用水平也不平衡, 而在国外普遍采用C A M技术。高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术, 其加工效率比传统的切削工艺要高几倍, 甚至十几倍, 国内这门技术的应用已经有很长一段时间, 但是近几年才真正用到模具加工上, 并且应用水平低, 应用企业少, 很多技术工人还不能熟练掌握高速切削的关键技术, 不熟悉其操作环境, 导致高速切削技术在国内没有发挥应有的作用。特别是在汽车覆盖件模具加工方式上, 少数企业采用了高速切削加工技术, 更多的企业则以数控为主, 大量引进数控设备机床进行分工序加工。由于没有很好地利用高速切削技术, 因而生产效率低, 生产出来的模具精度差、余量大、钳工研修量大。

高速切削技术及高速加工设备在国外得到了长足发展, 高速加工及一次装夹完成多工序加工, 不仅生产效率高, 而且精度高, 钳工研修量小, 大大缩短了模具的生产周期, 实现了从开发、设计到制造、经营一体化的计算机集成工程。

3.标准化程度

当前, 面对国内庞大的汽车模具市场, 国内的汽车模具厂商却显得有些力不从心, 特别是在汽车覆盖件模具的设计、生产和制造上, 汽车模具的标准化工作多停留在初步阶段, 汽车覆盖件模具标准件的生产量少, 产品水平低, 虽然有不少汽车企业采用了标准件, 但是许多依赖进口。汽车车身模具标准未能向国际靠拢, 尚未建立和完善多种典型的模具结构和工艺, 且尚未形成行业标准件计算机销售网, 模具标准件的供货周期长, 商品品种不全。与此相比, 国外的汽车车身模具标准件供货渠道通畅, 商品化程度高、品种齐全且出口到世界各国。

4.管理水平

在企业管理方面, 信息化管理在国外已很普遍, 而国内只有少数企业实施信息化管理。一个企业不管其有多么先进的技术, 管理上的不完善会导致其产品的总体生产水平和企业综合能力落后于管理比较完善的企业。因此, 企业管理是一个系统工程, 信息化是发展方向, 必须充分重视企业管理的信息化。

发展思路

虽然我国的汽车模具具有成本低、价格比较便宜等优势, 而且随着近几年的发展, 汽车模具技术已经有了长足的发展, 但是我国的汽车覆盖件模具在设计、制造、标准、管理等方面与国际先进水平有很大差距。因此, 在发展我国的汽车覆盖件模具的过程中应该做到:

1.调整产业结构

我国汽车市场的模具需求量已达到200多亿元, 但是我国汽车模具的生产能力只有100亿元左右。目前我国技术含量低的模具已供过于求, 市场利润空间狭小;而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应经济发展的需要, 精密、复杂的冲压模具、轿车覆盖件模具等高档模具仍有很大发展空间。只有调整我国汽车模具的产业结构, 提高高档模具的生产能力, 才能改变我国高档模具主要依靠进口的现状。

2.提高技术创新

积极改进技术, 提高设计、制造水平;借鉴国外先进技术, 引进先进设备;加快汽车覆盖件模具标准化工作, 做好标准的制订和推行工作;加快汽车模具技术的积累和研究开发能力。

3.集群化发展

技术的跨越不仅仅是一个企业的孤立行为, 而是一个行业的整体技术进步, 只有行业整体的技术跨越, 才能推动装备制造业的技术跨越。所以要大力发展我国的汽车模具单单依靠某个汽车模具企业是远远不够的, 汽车模具企业间、汽车模具企业与汽车企业间应该加强沟通、联系, 取长补短, 在合作中发现问题、解决问题, 加快汽车模具发展的步伐。

结语

我国汽车模具工业在大而不强的背景下, 要赶超欧美等发达国家, 还有很长的路要走, 任重而道远。但总体来看, 我国汽车模具的发展势头良好, 今后的发展方向, 应该注重产品结构的调整和定位, 进一步提升模具的制造技术水平, 占领结构复杂、精密度高、技术含量高的高档模具市场。从中国模具工业的发展情况看, 模具这一产品适合专业化、集团化方向发展, 模具企业在条件成熟时走联合之路是必然的发展趋势。为了适应企业发展和市场竞争的需要, 中国的汽车模具公司还应积极寻求国际合作, 尝试由单纯的生产型工厂走向资本运营型企业。

覆盖件冲压模具 篇7

回弹是汽车覆盖件冲压成形中的成形缺陷,其直接影响了冲压件的最终形状,对零件的形状和尺寸精度有着重要影响[1~3]。因此,在冲压模具制造时必须对回弹进行分析和控制。

长期以来,如何精确的对回弹进行数值分析计算和进行回弹补偿,一直是汽车覆盖件冲压成形仿真的研究热点[4,5]。目前,比较成熟的回弹补偿方法是几何补偿法。要进行回弹补偿和实现虚拟修模,其关键点是回弹量的获取和补偿量的确定。有了这些回弹计算的数据,就可以按照一定的公式或比例关系获得回弹补偿量,从而进行修模。

本文建立基于虚拟试模过程的汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿方法,为在计算机上实现不依赖人的覆模件冲压模具设计做了初步的尝试。

1 汽车覆盖件模具的回弹自动补偿方法

汽车覆盖件冲压模具回弹补偿过程是基于零件设计要求形状的虚拟修模迭代过程。它是先按照覆盖件的设计要求形状设计出初始模具形状,经过成形模拟和回弹计算分析,获得板料成形回弹后形状。通过对板料成形回弹前后形状和初始模具形状的分析,对模具进行回弹自动补偿,得到模具修正后模具形状;然后将回弹补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析,将得到零件回弹计算后的形状与设计要求形状进行比较,判断两者的几何形状误差是否满足设计误差要求。若满足设计误差要求,输出模具回弹补偿结果;若不满足设计误差要求,必须重新进行回弹自动补偿循环,直到符合设计误差要求的模具回弹补偿结果。

汽车覆盖件冲压模具回弹补偿原理示意图如图1所示。

2 汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿过程分析

汽车覆盖件冲压模具回弹补偿方法是基于有限元计算模拟得到零件回弹量大小修改模具型面的虚拟试模的方法,回弹补偿偏移量为模拟计算得到零件回弹量的大小。下面对某保险杠骨架外杠的模具进行回弹自动补偿,验证此方法的正确性。

由于本覆盖件是对称件,因此采用一半进行仿真分析。覆盖件冲压成形过程的仿真分析模型如图2所示。

首先模拟冲压成形,得到的FLD如图3所示。

成形模拟结束后,继续进行修边和回弹分析计算,得到回弹量结果分布图如图4所示。

可以看出:零件弯曲末端的回弹量最大,其数值最大3.1mm;零件中间部位回弹量最小,回弹量是从两端最大向中间最小递减分布,回弹量大小分布形式和实际生产过程中产品产生的回弹量大小分布形式基本一致。

由于此零件的回弹量很大,不能满足设计要求,因此要进行模具回弹补偿设计。判断模具回弹自动补偿的结果是否符合设计要求的标准是:将回弹自动补偿后的模具进行成形模拟和回弹计算分析,把回弹计算后的零件形状与理论要求的形状进行对比,如果两者误差达到设计误差要求,就可以认为模具回弹补偿结果已经得到;反之,则要进行下一轮回弹自动补偿循环,以得到最合适的回弹补偿结果。

经过反复计算,对此覆盖件进行三次回弹自动补偿循环。通过测量第三次模具回弹自动补偿循环结果可知:覆盖件回弹后弯曲末端与理论要求形状只有比回弹自动补偿前下降了76%,说明回弹补偿后的冲压模具生产的零件与理论形状非常接近。

如图5所示为模具三次回弹自动补偿后形状与初始模具形状的比较。从图5中可以看出:回弹自动补偿后的模具型面在初始模具型面下面(图5中z轴正向),末端弯曲部位回弹补偿量最大,中间部分回弹补偿量最小,回弹补偿量分布与模具回弹量分布是基本一致的,这说明覆盖件冲压模具是根据计算回弹量大小进行回弹自动补偿的,而不是人工手动去进行模具回弹补偿过程。

模具回弹补偿前后的型面网格如图6所示。

把模具初始型面CAD文件和模具回弹补偿前后网格模型导入到分析软件中,回弹补偿位移矢量将被计算,如图7所示。

然后选择所有原始模具型面进行回弹补偿计算,输出回弹补偿后模具型面,作为拉延模具设计的依据。回弹补偿前后的模具型面对比如图8所示。

实际工况表明,利用回弹自动补偿方法得到的模具型面设计的覆盖件冲压模具,回弹趋势和实际工况基本一致;最终测量误差80%区域在1mm以下,还未整体达到最后实际生产0.5mm的精度要求。分析其原因,首先回弹补偿的精度直接跟覆盖件冲压成形仿真计算精度和回弹计算精度有关,而影响成形分析的因素非常多,这直接影响最后的回弹补偿结果;其次,回弹自动补偿方法在汽车覆盖件冲压模具上的可靠性,还有待进行更多的实际工况试验验证,尤其是针对更复杂的覆盖件类型。虽然软件回弹补偿技术还有待继续完善,但是这种思路显示出巨大的工程实用价值。

综上所述,汽车覆盖件冲压模具的回弹自动补偿过程如图9所示。

3 结论

对汽车覆盖件中冲压模具的回答问题进行了研究,采用自动回弹补偿的方法进行修正,从而使整个回弹补偿过程可以自动完成,并得到合理的回弹补偿结果。通过对汽车保险杠骨架外杠的回弹自动补偿进行研究,证明了所提出汽车覆盖件冲压模具回弹自动补偿的方法的可行性,减小了操作者实际的修模工作量,但精确度还有待提高。

参考文献

[1]杨平,周杰,朱若岭,等.金属板料拉深回弹成因及回弹补偿研究[J].机械设计与制造,2009,(9):134-136.

[2]王宁,梅自元,周长国.基于正交试验的车身覆盖件冲压成形回弹分析[J].机械设计与制造,2008,(10):117-119.

[3]谷瑞杰,杨合,詹梅.弯曲成形回弹研究进展[J].机械科学与技术,2005,(1):653-658.

[4]陈磊,杨继昌,陈炜,等.变压边力方式对板料U形回弹影响的有限元模拟研究[J].塑性工程学报,2005,12(5):12-16.

覆盖件冲压模具 篇8

在2008年宏观调控、特大自然灾害、股市财富效应消失以及国Ⅲ排放标准实施以及2009年国际金融风暴等一系列因素的影响下, 我国的汽车业受到了一定的影响, 但我国汽车产销量仍以较高的速度增长。汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇, 据有关资料显示, 在美国、日本等汽车制造业发达的国家, 汽车模具在整个模具产业中占有50%左右的份额。而在我国, 仅有1/3左右的模具产品服务于汽车制造业, 因此, 汽车模具市场有相当大的发展空间, 而汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要组成部分, 也是技术最密集、加工难度最大的部分。

近年中国汽车覆盖件模具的产能结构

由于汽车工业的快速发展, 汽车覆盖件模具市场需求急剧增加, 因此许多企业加大了技术改造力度, 一些新建企业也快速发展, 使汽车覆盖件模具的生产能力大为提高。经过技术改造, 原来行业中公认的四大模具厂 (一汽模具制造有限公司、东风汽车模具有限公司、天津汽车模具有限公司和四川成飞集成科技股份有限公司) 都已有了生产大中型汽车覆盖件模具500万左右工时的能力。除此四家外, 近年来新涌现了一批年产模具可以超过1亿元的企业。例如福臻实业公司、普什模具有限公司、北京比亚迪模具有限公司、哈尔滨哈飞汽车模具制造有限公司、跃进汽车集团南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模具有限公司、河北兴林车身制造集团有限公司和潍坊模具厂等。此外具有年产5000万元左右汽车覆盖件模具能力的企业全国还约有30多家。估计我国目前已有100亿元左右的汽车覆盖件模具生产能力。

从近年来发展情况看, 民营企业发展很快, 外资企业也开始进入中国, 其中日资和台资最为活跃。现在生产汽车覆盖件模具的企业越来越多了, 仅在2009年6月第十四届国际模具技术和设备展览会上参展的厂家就有100多家, 目前全国已有百家以上。例如, 被中国机械工业联合会授予“汽车模具之乡”的河北省泊头市已有20多家生产汽车覆盖件模具的企业, 2008年销售额已达10亿元。上海目前也已集中了10家左右的汽车覆盖件模具生产企业, 总能力也有3亿元左右。比亚迪、长城、瑞风、屹丰、华庄、千缘等一大批民营汽车模具生产企业由于投资力度大、起点高、服务对象明确, 已成为异军突起的生力军。

目前发展现状

1.设计水平

汽车工业比较发达的欧美国家在进行汽车覆盖件模具设计时, 大量采用三维C A D设计, 比例高达70%~90%, P r o/E、U G等软件的应用也很普遍, 利用这些软件创建的自动绘图精确度高, 得出的计算数据可靠, 数据库功能较强, 因而设计效率很高。相对于国外的先进水平, 国内在汽车覆盖件模具的设计上则显得力不从心。国内一批大、中型汽车覆盖件模具生产企业陆续引进了一定数量的C A D系统, 并配置了一些设计、分析的专用软件, 取得了一定的经济效益。但是由于多方面的原因, 仍有不少中小型企业还停留在手工设计模具的阶段, 采用传统的设计方法和二维C A D设计, 导致设计的标准化和开发应用水平低, 效率不高, 并且在设计的理论和实践经验的积累上远远落后于国外。

2.制造水平

在汽车覆盖件模具的制造上, 国内外也有很多差距。当前国内采用C A M技术的普及率还不够高, 应用水平也不平衡, 而在国外普遍采用C A M技术。高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术, 其加工效率比传统的切削工艺要高几倍, 甚至十几倍, 国内这门技术的应用已经有很长一段时间, 但是近几年才真正用在模具制造上, 并且应用水平低, 应用企业少, 很多技术工人还不能熟练掌握高速切削的关键技术, 不熟悉其操作环境, 导致高速切削技术在国内没有发挥其应有的作用。特别是在汽车覆盖件模具加工方式上, 少数企业采用了高速切削加工技术, 更多的企业则以数控为主, 大量引进数控设备机床进行分工序加工。由于没有很好地利用高速切削技术, 因而生产效率低, 生产出来的模具精度差、余量大、钳工研修量大。

高速切削技术及高速加工设备在国外得到了长足发展, 高速加工及一次装夹完成多工序加工, 不仅生产效率高, 而且精度高, 钳工研修量小, 大大缩短了模具的生产周期, 实现了从开发、设计到制造、经营一体化的计算机集成工程。

3.标准化程度

当前, 面对国内庞大的汽车模具市场, 国内的汽车模具厂商却显得有些力不从心, 特别是在汽车覆盖件模具的设计、生产、制造上, 汽车模具的标准化工作多停留在初步阶段, 汽车覆盖件模具标准件的生产量少, 产品水平低, 虽然有不少汽车企业采用了标准件, 但是许多依赖进口。汽车车身模具标准未能向国际靠拢, 尚未建立和完善多种典型的模具结构和工艺, 且尚未形成行业标准件计算机销售网, 模具标准件的供货周期长, 商品品种不全。与此相比, 国外的汽车车身模具标准件供货渠道通畅, 商品化程度高、品种齐全且出口到世界各国。

4.管理水平

在企业管理方面, 信息化管理在国外已很普遍, 而国内只有少数企业实施信息化管理。一个企业不管其有多么先进的技术, 管理上的不完善会导致其产品的总体生产水平和企业综合能力落后于管理比较完善的企业。因此, 企业管理是一个系统工程, 信息化是发展方向, 必须充分重视企业管理的信息化。

未来发展思路

虽然我国的汽车模具具有成本低, 价格比较便宜等优势, 而且随着近几年的发展, 汽车模具技术已经有了长足的发展, 但是我国的汽车覆盖件模具在设计、制造、标准、管理等方面与国际先进水平有很大差距。因此, 在发展我国的汽车覆盖件模具的过程中应该做到。

1.调整产业结构

我国汽车市场的模具需求量到2010年将达到1200多亿元, 但是我国汽车模具的生产能力只有200亿左右。目前我国技术含量低的模具已供过于求, 市场利润空间狭小;而技术含量较高的中、高档模具还远不能满足经济发展的需要, 精密、复杂的冲压模具、轿车覆盖件模具等高档模具仍有很大发展空间。只有调整我国汽车模具的产业结构, 提高高档模具的生产能力, 才能改变我国覆盖件模具等高档模具主要依靠进口的现状。

2.提高技术创新

积极改进技术, 提高设计、制造水平, 借鉴国外先进技术, 引进先进设备;加快汽车覆盖件模具标准化工作, 做好标准的制订和推行工作;加快汽车模具技术的积累和研究开发能力。

3.集群化发展

技术的跨越不仅仅是一个企业的孤立行为, 而且是一个行业的整体技术进步, 只有行业整体的技术跨越, 才能推动装备制造业的技术跨越。所以要大力发展我国的汽车模具单单依靠某个汽车模具企业是远远不够的, 汽车模具企业间、汽车模具企业与汽车企业间应该加强沟通、联系, 取长补短, 在合作中发现问题、解决问题, 加快汽车模具发展的步伐。

结语

覆盖件冲压模具 篇9

关键词：虚拟制造,汽车,模具,应用

0 引言

汽车覆盖件模具的开发要受到可靠性、美观性、经济性、可制造性及可维护性等多方面的制约。在虚拟现实环境下, 设计和制造汽车不需要建造实体模型, 工程师可以利用虚拟的“自然”环境的可视化优势, 把汽车模具的结构分析、虚拟设计、部件装配和性能优化等融合在计算机虚拟制造系统中进行, 在综合考虑汽车车身件的外观总体布局及零部件之间的相互衔接相互作用等因数基础上, 对模具几何尺寸、技术性能、生产和制造等方面进行交互式的快速建模和仿真分析, 从而避免了反复修模, 保证了模具的精度要求;而且因为生成的仿真模型可被直接操纵与修改, 数据可以反复利用, 因而大大缩短了模具开发的周期, 大大降低了模具的废品率, 减少企业的开发成本。

1 汽车覆盖件模具虚拟制造的开发流程

汽车覆盖件模具的虚拟制造开发流程首先从产品需求分析开始, 然后进行概念设计, 再从优化设计到系统集成, 通过使用相关开发软件, 在虚拟环境中, 构造产品的虚拟模型。这是一个循环渐进的过程, 基于产品的开发需求, 采用相应的仿真分析工具对虚拟模型的功能和性能进行仿真分析, 对虚拟模型的行为进行模拟分析, 并基于仿真分析的结果, 通过反复建模~仿真分析~模型的改进, 直到虚拟制造出的模具满足预期设计的目标, 才开始进行实物制造。汽车覆盖件模具在投人生产前就已经通过了虚拟的“实际环境”的检验, 把实际制造中可能遇到的困难和设计上的不合理全部检验出来, 再让设计工作人员进行修改或者重新设计, 直到整个制造过程能够完全合理、顺利的完成。这样不但能缩短产品的研发周期, 降低企业的研发成本, 还可以提高产品的质量。

2 汽车覆盖件模具虚拟制造中的关键技术

在汽车覆盖件模具虚拟制造过程中, 涉及的相关技术非常多, 任何一项技术应用的好坏都会影响模具的最后质量, 这也是虚拟制造技术应用进展缓慢的原因之一。只有每项技术都掌握应用的很好, 虚拟制造出的产品才能和实际制造出的产品达成一致, 才能达到减少开发成本、缩短开发周期、提高模具质量的目的。其中比较难于掌握而又非常关键的技术:

2.1 数学模型的建立

建立一个简单而又能反映动态制造过程的数学模型是虚拟制造技术在汽车覆盖件模具中应用的关键。数学模型建立的不合理, 那么虚拟环境下仿真出来的制造过程就会与实际制造过程不一样, 起不到优化模具设计的作用, 从而达不到缩短开发周期和减少开发费用的目的。因此, 在使用虚拟制造技术来开发汽车覆盖件模具的时候, 必须建立一套合理的数学模型。在建立数学模型的时候, 要认真分析汽车覆盖件模具的特征, 根据模具功能和制造需求, 找出其中主要的影响因数, 提出合理的假设。建立的模型必须能反映模具全部的功能和制造关系, 包括工作时模具型面受力的变化关系和冲压件受力形状的变化关系等, 这样才能仿真出实际的生产关系, 才能预测生产中可能产生的问题, 达到优化设计和制造的目的。

2.2 系统集成与方案评估

系统集成就是一个最优化的综合统筹设计, 需要诸多的技术支持, 包括计算机软件、硬件、操作系统技术、数据库技术、网络信息等, 需要从全局出发考虑各子系统之间的关系, 研究各子系统之间的接口关系。系统集成所要达到的目标—整体性能最优, 即所有部件和成分合在一起后不但能工作, 而且全系统是低成本的、高效率的、性能匀称的、可扩充和可维护的系统。但是对于一般企业来说, 购置齐全仿真分析的软件系统是一个高成本的投人, 而且, 没有专业的人员是无法让这些软件发挥淋漓尽致的作用的。

在计算机虚拟制造系统提供的良好的拟实环境下, 工作人员可以对建立起的虚拟模型进行评价与修改。在这个阶段, 可以模拟模具的制造过程, 解决各部件制造的可行性和难易性;可以模拟模具的装配过程, 解决各部件之间的连接性和装备性及操作的难易程度;可以进行虚拟测试, 通过测试检验模具的生产能力和生产质量。在多种方案中评定各方案的执行难易度、耗费成本高低度、花费时间长短度等, 选择最适合生产条件的最优生产方案。

2.3 并行工程实质

并行工程实质就是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起共同工作, 在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素, 包括质量、成本、进度计划和用户的要求等。并行工程强调的是所有工作人员的所有工作同时进行, 强调的是团队工作精神, 因而工作链上的每一个人都有权利对设计的产品进行审查, 力求让设计的产品更便于加工、便于装配、便于维修, 制造成本更低, 制造周期更短。汽车模具的虚拟制造工程在进行初期也必须从汽车模具的总体结构和功能出发, 考虑构成虚拟模型各部分之间的相互连接关系和相互作用关系, 将他们看作一个有机的整体, 实现内部数据和资源的共享, 才能使生产出的模具达到预期的效果。汽车模具虚拟制造过程中, 每个部分的工作均由不同的工作人员并行进行, 但各部分的功能活动又存在着大量的相互依赖关系, 要保证各部分工作人员间的工作协同顺利的进行, 实现在分布环境中群体活动的信息交换与共享, 就必须对设计过程进行动态调整和监控, 提供并行设计的工作环境, 保证并行设计的顺利进行, 这是虚拟制造模具缩短开发周期的关键。并行工程实施的条件就是要有支持各方面人员并行工作、甚至异地工作的计算机网络系统和监控调解人员, 才可以实时、在线地在各个设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突。一个适当的管理调解人员是并行工程中的重要软件, 也是并行工程能否顺利进行的关键。

2.4 仿真分析与数据处理是汽车模具虚拟制造中一个难点, 也是阻碍虚拟制造技术在企业中大规模使用的一个重要因素。

仿真分析需要多方面的技术支持, 数据处理需要庞大的数据库和有专业知识的人才, 需要从全局出发考虑各个子系统之间的关系, 研究各个子系统之间的接口问题。这一技术需要多领域的专业仿真软件协同工作, 需要专业人员共同研究探讨, 然而多数的企业难以配置齐全所需的仿真分析软件及具备所需的专业人员。

覆盖件冲压模具 篇10

开发的液压机柔性冲压生产线具有加工质量好、效率高、柔性化及自动化程度高等特点, 已成功在比亚迪、二汽、上汽、江淮、吉利、力帆等众多厂家应用, 降低了汽车制造成本, 有力推动了我国汽车工业发展。

1 主要创新点分析

1.1 问题与难点

汽车产量的不断增加带动汽车覆盖件冲压生产线的需求急剧增加。冲压件质量直接影响汽车制造质量。美国专家曾对50多个个案进行分析, 认为冲压件尺寸产生的累积误差是造成车身总体尺寸误差变动的主要原因, 主要由冲压设备控制精度低、冲压工艺落后、模具设计制造水平低等因素导致。为适应大型覆盖件精密冲压, 提高液压成形生产线的生产质量和使用效率, 解决不对称复杂工件局部延伸率突变应力和应变分布不均、成形过程中制件压边力多点分区调压的瓶颈问题, 需要进行高品质柔性冲压生产线关键技术研究, 开发满足大型覆盖件精密柔性成形的冲压装备。

1.2 解决方案

1.2.1 设计及制造技术

如图1所示, 利用CAD、CAE技术, 对主机结构进行优化, 对关键零部件进行应力、变形分析以及寿命分析, 整机进行模态分析, 使主机能够在强度、刚性、寿命等方面充分满足要求。采用链式机构和模具快换技术设计了辅助移动工作台和快速换模机构, 换模时间由过去5人4小时缩短为2人半小时, 节省了换模准备时间;应用先进的激光测量技术检测大件直线度、圆度等形位误差, 研究关键工艺对质量的影响, 确保大件加工制造质量, 零件加工精度相对过去同类产品提高近1倍;采用光幕、安全门等光机电一体化技术, 设计了辅助机械安全装置、保护装置、防护装置, 保护功能完善, 连锁和冗余设计使压机工作更加安全, 整机安全性能达到欧盟标准。

1.2.2 电液比例伺服控制液压系统

为提高冲压件质量, 适应多品种小批量生产工艺需要, 液压系统采用电液比例伺服系统, 所有压力的调整都采用比例阀通过数控系统调节, 对于大流量的液压系统的比例控制必须采用闭环控制。在液压机伺服系统一体化控制技术研发方面, 进行了如下技术攻关:

(1) 滑块压力的精确闭环比例控制。为满足不同模具冲压需求, 克服机械压力机存在死点位置的缺陷, 采用比例伺服控制系统, 实现滑块压力精确控制, 系统设计有相应的比例压力阀和高精度压力传感器, 构成闭环控制, 保证模具冲压时的压力值, 实现了精密冲压, 经检测压力控制精度不大于±0.05MPa, 零件合格率由过去的50%提高到98%。

(2) 滑块位置的精确闭环控制。在精密控制系统压力的同时, 液压系统设计中还增加了滑块位置闭环控制系统, 该系统由位移传感器、比例换向阀等元件组成, 控制算法采用PID控制理论。经检测该系统重复控制精度不大于±0.02mm。

(3) 滑块快速运动控制技术, 通过比例元件减少冲击。通过液压系统中的大流量充液阀系统, 实现液压机快速下行、工进慢行的精密冲压要求, 快进速度达到450mm/s, 工作速度达到35mm/s, 缩短了加工时间, 提高了工作效率。

(4) 液压垫闭环比例控制技术, 包括四角比例调压技术、压力随数控系统连续变化的控制技术。精心设计了闭环比例控制液压垫系统, 综合运用四角比例调压、压力随数控系统连续变化的控制等多种技术, 实现大尺寸3800mm×1700mm液压垫的四角精密调压, 经检测液压垫压力控制精度不大于±0.1MPa。

(5) 压边滑块闭环比例控制技术。为实现双动拉伸液压机深拉伸工艺, 设计了压边滑块闭环比例控制技术, 能实现压边力的精密控制, 避免了拉伸过程中的皱曲变形现象, 提高拉伸件的质量。

(6) 节能液压系统的设计。采用热平衡综合分析技术研究系统发热原因, 采用比例泵直接控制保压过程等技术, 减少能量损失。在此基础进一步采用伺服泵控制技术成功开发出全伺服控制液压机, 实现最高节能50%的效果。

1.2.3 专用控制系统

如图2所示, 研制了基于PLC和工控机基础上的大型数控薄板冲压液压机专用控制系统, 具有模具参数数据库、远程异地信息控制、模具自动识别、故障报警及诊断、参数输入及显示界面、比例伺服系统控制算法、安全控制模块等功能。

整个生产线的控制采用主从控制。电液一体化系统采用分布控制器独立控制各个元件的闭环控制, 提高控制精度, 减少主控系统的计算量。对高精度的电液一体化控制系统, 在分布控制器的基础上进一步通过软件模块进行优化, 实现大闭环高精度控制。控制系统与电液一体化元件进行结合, 根据工艺需要编制柔性控制软件, 实现整个工艺流程的控制, 且精确控制压力、位置、速度等。通过计算机实时采集拉深力、压边力、充液室压力、拉深滑块速度、拉深滑块位置等参数, 并实时绘制各运行参数。各数据作为工件的加工过程数据, 成为判定工件质量的原始数据。

控制部分采用SIEMENS S7-317 CPU系统和PROFACE 15寸HMI系统, 在操作台部分和油箱部分各设置一个远程I/O站, 在机身也准备设置一个远程子站, 各子站与CPU主站通过PROFIBUS总线相连, 减少了硬接线, 提高了可靠性, 同时通过PLC CPU上的DP通讯口连接到一个DP/DP耦合器, 把压力机的控制网段与辅机系统的网段连接在一起, 实现两个系统可分开调试, 最后共享资源, 组成一个完整的控制系统。

1.2.4 远程异地诊断控制技术

如图3所示, 基于现场总线技术, 构建了远程异地诊断系统, 开发了远程异地诊断实验平台, 验证远程异地诊断控制技术可靠性, 并最终和大型数控双动薄板冲压液压机进行相关联机实验。保证了检测信息准确传递, 较好地连接各监测设备, 使诊断更可靠、有效。

1.2.5 全吨位低噪声冲裁缓冲技术

为了解决下置式冲裁缓冲装置仅适用于前移式工作台的缺点, 经过技术攻关, 开发了上置式电动同步调节全吨位低噪声冲裁缓冲装置 (图4) , 使压机具有独特的全吨位冲裁缓冲及压力自动跟踪功能, 消除了人工手动调节所带来的人为因素, 减轻了劳动强度, 提高了安全性能和自动化程度。

根据模具冲裁距离, 由参数匹配优化规律合理设定缓冲位置, 然后通过机械同步传动, 电动调节缓冲点, 用伺服电机驱动固定挡块, 使其精确定位, 定位精度与设置值误差在0.02mm以内。最终实现模具落料缓冲, 减少了冲压瞬间的噪声, 经检测噪声由过去的90d B减小到81d B。

全吨位低噪声冲裁缓冲装置解决了大型快速冲压机的最佳冲裁缓冲力自动跟踪问题, 可吸收冲裁过程中产生的全部能量, 降低了冲裁噪声, 优化了操作环境, 大大提高了压机和模具寿命, 保证了压机可实现全吨位的冲裁落料功能。

1.2.6 液压机安全技术研究

充分借鉴欧盟国家的先进技术及标准, 对安全PLC、安全继电器、安全光幕等产品进行应用实验, 综合设计安全装置, 在冗余和检控、安全等级方面提高液压机的安全性。该安全技术的研究, 为大型数控薄板冲压液压机进入欧盟市场提供了保障。

1.2.7 四点数控液压垫技术

传统的液压机和机械压力机的液压垫四角压力一致, 且压制时保持不变。当拉伸复杂不对称工件时, 由于模具四角实际受力不均匀, 容易造成工件起皱、卷边, 很难保证工件的质量, 成品率低。

自主研制的液压拉伸垫四角调压控制技术, 可实现比例调压, 四角压力可随模具压力大小实时变压力控制功能, 满足了不对称工件以及拉伸中需改变压边力时的工况要求, 大大改善了冲压工艺和冲压件质量, 降低了模具成本。

液压垫的压力采用比例压力阀控制, 压力采集通过压力传感器实现, 行程控制通过由位移传感器构成的闭环控制系统实现。保证压边力可根据需要函数控制, 回路中各角的压力传感器将压力实时传递给数控系统, 根据冲压工艺需要, 数控系统实时控制四角压力, 保证冲压件不起皱、不卷边, 使成品合格率提高到98%。基于四角调压的多点拉伸液压垫如图6所示。

1.2.8 基于现场总线的网络控制系统

通过应用上下料机械手以及双驱动T型导轨移动台技术, 液压机柔性冲压线配有拆垛、清洗涂油、对中设备和上下料机器人等多种辅助设备。基于现场总线的网络控制系统, 形成自动化柔性冲压线, 使整个冲压线按照冲压件工艺平稳、有序动作, 提高了生产效率, 大大降低了劳动强度。

在单机控制的基础上, 通过工业以太网实现设备的网络控制和远程控制, 实现冲压线系统的集中控制, 网络控制自上而下具有三个层次:过程控制层, 现场信号处理层, 系统提供标准的PS485和RS232电气接口同智能单元 (如智能仪表) 连接。

系统配置有DEVICENET安全系统, 该安全系统既可对简单的、分散的、安全输入/输出 (例如“双手下行”、“急停”、“光幕”及控制阀等) 进行扩展, 又可组成柔性可编程安全回路。

关键控制环节采用冗余及相异设计。机器每次动作之前, 先对主令发讯元件及主阀位进行自检, 由HMI菜单选择窗口设置压机位置、压力、速度参数, 经PLC的A/D、D/A模块采用PID方式对电子比例油泵、比例压力阀进行电液比例控制, 组成流量、压力、位移的闭环控制系统, 实现滑块位置轨迹和液压垫四角压力轨迹的跟踪。

2 实施结果

如图7所示, 开发的快速薄板冲压液压机及生产线, 在汽车大型覆盖件冲压工艺中成功应用, 解决了不对称复杂工件局部延伸率突变、应力和应变分布不均问题, 在国内汽车大型覆盖件液压机冲压线市场占有率在70%以上, 压机冲裁缓冲能力由原来的60%上升为100%公称力。针对汽车覆盖件精密冲压快速生产需要, 综合应用液压机主机全吨位冲裁缓冲、拉伸液压垫压边力四角分区调压等技术, 解决了高速冲压液压机的稳定、精密控制等难题, 保证了汽车覆盖件的精密冲压精度, 实现高效安全节能生产。滑块快降、快回等指标超过常规冲压液压机1倍, 达到了800mm/s, 成功开发的快速薄板冲压系列液压机主机噪声降为85d B。具体性能指标如表1所示。

3 主要成果

汽车大型覆盖件液压机柔性冲压生产线自行设计和制造, 具有完全自主知识产权, 生产线具有效率高、速度快、节能等特点。液压系统为电液比例分级控制, 电气系统采用PLC+工业触摸屏控制, 数显和安全功能齐全, 配有自动超越程测量装置, 光机电一体化程度高;持续跟踪国际前沿技术, 把数字泵、压力闭环控制、上置缓冲、大液压垫双驱动T型导轨侧移移动台等新技术应用于本系列产品, 推动了行业技术进步。通过产品开发, 获得发明专利5项、实用新型20余项;起草的《液压机安全技术要求》通过国家标准颁布实施;该生产线获得安徽省科技进步一等奖。

汽车大型覆盖件液压机柔性冲压生产线已在比亚迪、东汽、上汽依维柯、重庆力帆、江淮汽车、铁牛集团、吉利汽车等形成示范生产线。初步估计约有上百条冲压线正在汽车主机厂和配套厂稳定应用, 直接经济效益20亿元, 约占国内同类产品70%的市场份额。在提高国产汽车制造水平及质量的同时, 大大降低了生产成本, 为民族品牌汽车的发展做出了重要贡献。相关技术还成功应用到航空航天、高速列车和核工业等高端制造领域。生产线主打产品--大型数控单双动液压机还出口到德国、俄罗斯、巴西、印度等国家, 打破了发达国家在国际市场的垄断局面。

摘要：介绍了研发的液压机柔性冲压生产线及其关键技术, 包括应用比例伺服控制技术开发的专用液压系统, 基于现场总线的柔性冲压生产线控制系统, 上置式电动同步调节全吨位低噪声冲裁缓冲装置等。该柔性冲压生产线速度快, 控制先进, 成形质量高, 可满足多品种、小批量生产模式。

关键词：大型冲压生产线,液压机,关键技术,柔性,汽车

参考文献

[1]翟华, 李贵闪, 严建文, 等.基于以太网技术的大型冲压生产线的远程监控系统设计[J].机床与液压, 2012, (1) .

[2]李贵闪.快速薄板冲压液压机及冲压生产线[J].锻造与冲压, 2010, (7) .

[3]张晔.单动薄板冲压液压机生产线柔性自动化[J].机械管理开发, 2014, (5) .