小批量汽车冲压模具技术的研究及应用.pdf

S专题报道PECIALREPORTS小批量汽车冲压模具技术的研究及应用文中国第一汽车集团有限公司马望闫彦随着社会不断发展，人们的生活方式也在发生着改变，一成不变的生活节奏已不能满足人们的日常需求，私人定制的个性化生活已经开始被越来越多的人所接受。据统计，美国有8 5%的汽车消费者会选择定制化汽车，而日本也有将近80%的消费者会选择个性化汽车定制。汽车定制化可大致分为3 个级别：第一个级别就是简单的对车身颜色、轮辋样式及内饰选材等方面进行固有化的装配；第二个级别为大规模定制化，就是汽车供应商进行模块化生产，用户可以根据个人需求对车辆的动力及车身材料等进行自主选择；第三个级别为分散个性化生产，这是汽车定制服务的最高级别，其抛弃了流水线和模块化生产的固有模式，可完全按照用户的需求进行个性化生产，比如劳斯莱斯车型，就是完全按照用户的需求进行装配，真正做到了纯手工定制化生产，并保证每台劳斯莱斯车型都是独一无二的。我们依据以上几种定制化级别，应用到汽车车身外观，就是对车身冲压件的变更。传统的冲压模具开发周期长、成本高，已不适合开发周期短、批量相对较小的定制化生产的开发特性，这就需要寻求一种适应多产品、小批量的冲压模具技术及标准。根据以上思路，我们参照汽车产量的不同，结合不同的模具开发模式，细化研究小批量汽车的模具生产方式，不仅起到了降低生产成本和提高产品质量的目的，也促进了定制化汽车的应用。18 第0 6 期 娄一、基于小批量技术研究1.规划与工艺小批量模具根据生产总纲领，可大致分为试制工装(如图1 所示)、半工装（节约修冲模具）、全工装模具（如图2 所示）等，半工装模具根据产量的不同，又可对模具结构进行不同等级的划分，达到节约工装成本的目的。图1 试制工装凹模导板平衡块压边圈凸模墩死块垫板图2 全工装数控机床市场凹模压边圈凸模专题报道SPECIALREPORTS首先，确认半工装与全工装模具的平衡点。根据实际生产经验，车型总生产钢领在5 0 0 0 台导板份以上，建议采用全工装批量模具的开发方式；对于总纲领低于5 0 0 0 台份，根据车型的实际规划钢领，进一步进行分解，对于总纲领低于1 0 0台的，建议采用纯试制工艺及试制工装的形式的进行模具设计制造；总纲领在1 0 0-5 0 0 0 台之间，建议按照量产工艺进行模具设计制造，而此纲领区间的模具结构及工装形式，根据零件的复杂程度和重要程度进行差异化区分，采用半工装与全工装相结合的方式，而且模具结构在大批量模具的基础上进行减配优化。将以上讨论进行整理，详见表1：表1 车型规划与工艺工装关系表总纲领（N）冲压工艺2.模具技术标准综合考虑产品的重要程度和难易程度，可分为三大类：外覆盖件、高强钢零件和其它零件。外覆盖零件表面质量要求较高，工艺设计和模具结构尽可能分析充分，从而保证产品质量，将返修工时控制在合理范围之内。高强钢零件因其屈服强度较高，材料成型时的流动会导致模具磨损严重，因此批量大的话，要适当提高工作部位材质强度，必要时需要对模具局部进行淬火。其它零件可依据行业标准进行设计开发。(1）模具材质一般分为铸造模具及钢板模具，铸造模具需要制作泡沫实型，然后铁水浇铸而成，钢板模具是在采购型材的基础上进行加工。铸造模具的模座选用材料为HT300，钢板模座选用材料为4 5钢。对于模具工作部位的材质，试制模具因批量小，一般材料采用HT300和4 5 钢，若生产纲领较大，需要提升模具材质，一般材料选用MoCr铸铁或Cr12MoV。(2)导向结构模具导向方式大致分为导板或导柱两种方式一导柱图3 导板导柱示意图（见图3），批量较小的模具利用模具本体加工面进行导向，不需要安装导板或导柱等导向。批量较大的车型可根据实际情况增加导板或导柱。通常根据零件的重要程度和复杂程度去判断是否增加导向，其目的是保证零件尺寸的稳定性和一致性。(3）侧翻结构(CAM)侧翻结构可分为斜楔翻边和侧翻机构翻边。工装形式侧翻机构较为简单，在小批量模具中，负角翻边的零件通常采用侧翻机构。侧翻机构与传统的批量模具的斜楔结构不同（见图4)，它一般实现水平方向翻边，导向面与工作台平行。用斜楔机构翻边的时候，要将零件旋转到合理的角度，以满足斜楔翻边需求，尽量避免成型类翻边。图4 侧翻机构(4）加强筋参数正常量产模具对寿命、强度要求较高，因此型面、主筋、副筋参数较大。小批量模具因其生产数量少，模具寿命要求没有批量模具那么高，因此降低模具结构参数标准是可行的。综合以上因素，总结归类具体参数，模具技术标准详见表2。3.支架胎具的激光切割技术小批量零件在生产规划时，修边冲孔多数采用激光切割加工工艺，应用定位支架胎具的结构来实现切割时的定位。为规避以往的激光切割第0 6 期期数控机床市场19S专题报道PECIALREPORTS表2 模具技术标准表定位支架/胎具重复定位精度低、制作效率低、成本高、不易存放等缺点，可以从设计技术、结构开发、制作工艺三方面来进行优化。(1)设计技术基准统一。定位工装对零件的定位基准要与零件的RPS（定位点系统）文件保持一致。RPS文件中标明了零件的定位孔和定位面，在整车的加工制造、检测及模具、检具、夹具设计制造中都应按照RPS文件确定的定位系统确定基准点，因此在激光切割定位设计时也要遵循这个标准，保持定位系统的一致性（如图5 所示）。回弹校型。由于车身钣金件型面比较平缓，局部强度低，尤其是外覆盖件，零件本身形状固化强度不足，冲压完成后，零件型面或多或少会出现回弹或塌陷问题。为保证零件在切割过程中与检测和装配状态下一致，需在零件切割部位增加局部回弹校型结构。支撑面选取原则。支撑截面应考虑定位的稳定可靠，以及支架胎具的钢性和强度。选取原则是尽量靠近工序件的边缘、避免和修边线重叠或靠近、避免选取在过度圆弧区域等（如图6所示)。支撑面选择图6 支撑面选择(2)结构开发激光切割定位支架/胎具采用薄钢材插装结构（如图7 所示），薄钢材厚度为1.5 mm，材料为Q235。断面上以5 0 mm为增量，每隔100-200mm设计一个插脚，底板上也相应地图5 激光切割支架示意图设计插槽。整个结构先进、合理、紧凑。对于型 20 第0 6 期数控机床市场专题报道SPECIALREPORTS二、典型件示例以某车型侧围外板零件的生产工艺为例，介绍上述标准的应用。侧围外板总纲领为2 0 0台，采用试制工艺，规划八工序，一序板料处理，用激光切割对板料进行成形前预处理；二序拉延成形，用简易拉延模具对板料进行成形压件；三序激光加工，采用激光切割支架定位，对拉延工序件进行初修；四序手工处理，使用通用垫铁对工序件指定区域折弯；五序翻边整形，用简易模具对折弯工序件进行翻边图7 激光切割插装结构图面特殊的大型定位支架胎具可以考虑设计若干个卡板来增强支架的强度和刚性。(3)制作工艺激光切割定位支架/胎具完全采用CAD/CAM一体化制造技术，使得复杂的三维零件定位问题转化成了较简单的二维数控编程问题，降低技术门槛。整个加工可实现单工序加工，使用激光切割机就可以完成全部的加工。激光切割支架三维图如图8 所示。图8 激光切割支架三维图示整形处理；六序翻边，使用专用翻边机构对工序件摆放特定角度进行翻边处理；七序激光加工，采用激光切割支架对工序件进行精修；八序手工处理，对前序翻边工艺豁口进行补焊修复处理。简易模具材质采用HT300，局部工作部分进行表面处理，此案例选用本技术标准即可满足车型纲领规划，又可减少生产准备周期，同时能达到降低工装成本的要求。工序简图详见图9。三、结论本文通过对多款小批量汽车冲压模具的研究，得出适用于总纲领小于5 0 0 0 辆份的模具技术标准，按此标准既能体现传统冲压生产的经济性，又保证了产品的质量及稳定性，对汽车定制化的模具开发模式起到指导作用。仕工序10板料处理20冲压加工-拉延30激光加工40手工处理一折弯内容工序5 0冲压加工-整形60冲压加工一翻边70激光加工80手工处理一焊接内容图9侧围外板工序简图第0 6 期数控机床市场21