毕业论文（设计）：汽车覆盖件冲压成形现状及发展趋势

1、汽车覆盖件冲压成形现状及发展趋势摘要：冲压工艺设计是汽车覆盖件模具设计与制造的基础，也是决定覆盖件能否顺利成形的关键。本文从拼焊板冲压成形技术和冲压工艺设计出发，简述了汽车车身覆盖件拼焊板冲压成形技术的特点与发展历史，通过对汽车覆盖件工艺设计过程中关键技术 , 拼焊板材料与焊接技术，拼焊板冲压成形的研究手段和面临的几个关键问题等方面阐述了有关拼焊板研究和应用的最新成果。分析了汽车覆盖件冲压工艺设计未来的发展趋势和探讨了拼焊板冲压成形技术的发展趋势。关键词：压工艺设计；拼焊板冲压成形技术；冲压工艺设计；发展趋势近年来 , 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

2、轿车车型开发水平的重要标志 , 而覆盖件模具正是车身生产的主要工艺装备。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模具设计及其制造技术的研究与开发 , 解决模具设计及制造过程中的“TQCS”问题。工艺设计是联接产品设计与制造的桥梁和纽带 , 合理的成形工艺设计是模具设计与制造的基础 , 也是决定覆盖件能否顺利成形的关键 ,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。本文在论述了汽车覆盖件冲压工艺设计各关键部分发展现状的基础上 , 指出了该领域的发展趋势。并又将从拼焊板材料与焊接方法、 拼焊板冲压成形的研究手段和面临的几

3、个关键问题等方面详细阐述了拼焊板在车身覆盖件冲压成形中的研究进展。11 汽车覆盖件冲压工艺方案设计汽车覆盖件冲压工艺方案设计 , 是在考虑冲压操作方便、安全、模具结构合理、工件及废料排出顺畅等要求的基础上 , 根据产品结构形状和技术要求确定拉延、修边、冲孔、翻边、整形等工序的先后顺序及各工序的具体内容。由于工艺方案设计涉及的内容、需要考虑的因素很多 , 且很多工作很难用一个工艺决策或公式来表达 , 不能进行定量的计算 , 因此目前汽车覆盖件冲压工艺方案的确定仍以经验设计为主。随着计算机技术、人工智能技术和知识工程的应用 , 人们开展了一些关于计算机辅助工艺方案设计的研究。如华中科技大学在基于特

4、征的覆盖件模型上 , 通过特征映射与分解产生一组彼此相关联的工艺特征 , 再对这些工艺特征进行交互的组合和排序 , 而得到工艺方案。方法等。可以说 , 目前计算机辅助覆盖件工艺方案设计是以交互式为主流 , 以智能化为研究热点 ,采用混合决策方式和基于知识的设计方法将是当前研究的趋势。1.3冲压方向的选择 不同类型的模具冲压方向的选择具有不同的准则。对于拉延模具而言 , 冲压方向的选择要求模具型面无闭角 , 开始拉延时凸模与毛坯的接触面积尽可能大 , 位置尽可能居中 , 且接触部位要多而分散。这些经验的判定准则 , 主要从几何方面进行考虑 ,比较容易进行数学描述和分析计算 , 一般可借助几何 C

5、AD 系统进行冲压方向优选 , 并得到了不少应用。随着建模技术和优化设计的发展 , 建立了基于优化模型的冲压方向优化计算法。国内有不少这方面的研究 , 如根据确定汽车覆盖件冲压方向的原则 ,建立冲压方向的优化模型和评价函数 , 通过截面线将复杂的三维空间问题转化为二维问题 , 求出可行域 , 再将二维问题的分析结果综合起来得到三维问题的结果 , 然后进行优化并最终求得最佳冲压方向。目前冲压方向优化算法是研究的重点 ,但优化模型和算法仍需进一步研究和改进。1.4覆盖件拉延工艺补充面和压料面的设计 覆盖件大多形状不规则 , 很难满足拉延成形工艺的要求 , 其成形时大多需要添加工艺补充部分和压料面以

6、便拉延出合格产品。工艺补充面和压料面涉及到工艺设计、模具设计等与经验密切相关的领域 , 其形状多半也是复杂的空间曲面 , 不仅需要确定型面补充走向、型面补充范围等 , 还需要描述其空间几何形状 , 是一个涉及边界条件以确保成形顺利实现的创造性过程。目前这一问题的解决主要依靠个人经验 , 通过对零件几何的定性分析来确定 , 借助于曲面造型功能软件来完成。这些研究简化了传统工艺补充和压料面的设计 , 提高了设计效率 , 但还都存在着工艺设计自适应能力差的问题 , 很难满足复杂产品设计的要求 , 仍需设计人员个人经验的判断和决策。1.5覆盖件拉延筋的设计拉延筋是冲压成形过程中拉延张力的主要提供者 ,

7、 合理、准确的拉延筋设计 , 是缩短模具调试时间的有力保证。传统设计中 , 拉延筋与凹模圆角的尺寸都是固定数值 , 根据经验来设计 , 然后在模具调整过程中通过打磨调整拉延筋几何参数以使零件顺利成形。随着计算机技术、模拟技术和成形理论的发展与应用 , 建立拉延筋阻力模型 , 通过有限元分析、模拟来优化拉延筋设计的方法得到了广泛研究和应用。目前 , 拉延筋的设计主要通过改进拉延筋模型和引入优化算法来完成。在拉延筋阻力模型的建立上 , 出现了考虑拉延筋约束阻力、厚向应变和约束保持力的等截面三维等效拉延筋模型, 能有效地反映润滑条件、几何参数与筋压入深度变化的改进等效拉延筋阻力模型, 拉延筋专家模型

8、等。其应用是将拉延筋模型抽取出来 , 根据其几何参数、受力情况和金属流动建立数据模型再嵌入冲压成形型面模型中 , 用有限元法模拟拉延筋在拉延成形中的过程和作用 , 分析拉延筋主要几何参数对压边力和拉延筋约束阻力的影响。2拼焊板材料与焊接方法2.1拼焊板材料拼焊板材料主要包括钢板，铝合金板及镁合金板等。钢板一直是汽车车身的主导材料，先进，高强度钢以其高强度，高韧性等优点成为目前汽车界替代普通钢以减轻车身重量的首选，日本近年来高强度钢板使用率超过。在超轻钢车身先进概念车中白车身上应用各类高强度钢达。不锈钢兼具高强度和高塑性，轻量化效果甚至可以与铝合金媲美，同时表现出很强的加工硬化趋势，即便在很低的

9、应变下，屈服强度也会显著增大。从这点意义上说，不锈钢是车身轻量化中又一具有巨大潜力的钢种，可以实现更多轻量化零部件的制造。但是由于不锈钢的价格过高 目前它在汽车上的应用仅限于装饰件，排放系统以及保险杠等。 铝合金被认为是实现车辆轻量化目标最有潜力的材料，与钢材料相比，铝合金在满足相同力学性能的情况下，重量最大可减小，且具有易于回收，无需防锈处理，在碰撞过程中比钢多吸收的能量等优点。然而，铝合金在汽车上的应用还存在不少问题。如易产生裂纹 回弹大表面易划伤以及抗凹性差等。镁合金凭借密度小 易机械加工 减振性强以及抗凹性高等优点 成为汽车轻量化的选材之一但与钢 铝等金属相比 镁合金抗腐蚀能力差 疲劳

10、强度和冲击值等较差 此外 镁的晶体结构为密排六方结构 塑性加工性差 常温下轧制 挤压和锻造等塑性加工仅限于锻造镁合金。2.2焊接方法目前车身拼焊板最常用的焊接方法有激光焊，搅拌摩擦焊以及滚压电阻焊等激光焊。具有速度快，焊缝深宽比大，变形小以及无需填充材料等优点它不仅可以用于大多难焊材料的焊接 而且适合于不同厚度或不同材质拼焊板的焊接，但是，使用激光焊焊接铝板非常困难，这是由于铝熔化后表面非常光滑，对光线有强烈的反射作用。不过在目前汽车车身覆盖件以钢板为主的环境下，激光焊得到了广泛的应用和研究。搅拌摩擦焊为固态成形过程，具有焊接输入能量小，速度快，无填充材料和保护气体，焊接接头力学性能优良等优点

11、。但与激光焊相比，搅拌摩擦焊对设备刚性要求大，灵活性稍差，焊缝宽度也明显大一些，搅拌摩擦焊研究初期专用于铝合金的焊接。随着研究的深入，这项技术在很短时间内就获得了各大汽车企业和科研机构的重视，并被推广用于各种钢，铜合金，钛合金以及镁合金等金属的焊接。滚压电阻焊比激光焊便宜，且对板料边界精度要求较低。与前两种焊接方法相比，滚压电阻焊马氏体含量稍少，但存在着 的搭接部分。这在一定程度上增大了焊缝的厚度和拼焊板的重量这种焊接方式在欧洲汽车拼焊板的生产中较为流行。此外，电子束焊，钨极氩弧焊以及高频对接焊等焊接方法也可以用于拼焊板的焊接，但有关研究和工业应用相对较少。3结束语希望覆盖件冲压工艺过程设计这种典型的复杂问题能较为轻松的解决。因为长期以来 , 对于汽车覆盖件工艺设计的研究局限于若干单项技术的应用 ,虽然取得了一定的成绩 , 但未能从根本上解决设计中的难点问题 , 造成开发和实际应用 CAPP 系统的困难 , 也使新概念、新技术、新方法的应用受到限制。以