多材质互换型汽车覆盖件模具的技术难点及解决方案

多材质互换型汽车覆盖件模具的技术难点及解决方案

石炳欣

鹤壁天淇汽车模具有限公司 河南 鹤壁 458030

摘要：伴随着汽车工业的飞速发展，汽车高品质的需求和轻量化节能需求在不断推进，虽然传统汽车制作技术成熟，覆盖件材料成本低廉，但节能环保的需求，人们对高舒适度的需求在不断提升，汽车的发展面临的多样性的选择，有人需要经济实用，有人需要高端舒适，有人需要节能续航，因此新材料在汽车覆盖件的应用中异军突起，铝合金、镁铝合金、高强板等材料在不断的扩大应用，以满足人们对节能减排和高端体验的需求；但汽车覆盖件受板材材质和冷冲压工艺的限制，冷冲压成型状态复杂，冷冲压成型的汽车覆盖件模具仅能满足一种材质需求，对于不同材质的汽车覆盖件需要开发不同模具，造成高额的成本浪费，而且汽车覆盖件模具开发周期为1-3年，受模具开发周期限制，想让一种材质的汽车改换另外一种材质，是极其耗费成本和周期的事情，造成了汽车的高品质需求和常规经济型需求无法兼顾，为汽车的轻量化提升和节能降耗带来巨大挑战，因此，开发一种新型汽车覆盖件模具，能够兼容多种材质的汽车覆盖件冲压成型，将给汽车的零部件制造和汽车产品升级换代、满足个性化需求、传统燃油汽车和新能源汽车同步发展带来巨大的成本降低和周期缩短，为优势款式汽车提供不断升级空间；是行业未来发展的重要技术助力。

关键词：汽车模具 技术要点 制造方案

   汽车覆盖件冷冲压成型是将金属板材进行冷作成型和冷作硬化结合的综合技术，受材料的抗拉强度、回弹系数、表面性能等多重因素影响，不同材质板材的成型参数、回弹状态、抗拉强度、表面处理因素也各不相同；加上汽车覆盖件体系较大且形状复杂，成型控制依靠高精CAE运算和高超的工匠技艺不断调试来综合完成，汽车覆盖件单材质模具的开发本身就已经技术复杂，困难重重，多材质互换型汽车覆盖件模具的开发基本成了天方夜谭。伴随市场需求的不断迫切，多材质互换型汽车覆盖件模具的开发成了汽车模具工程技术人员的一个重要攻克堡垒，通过对汽车覆盖件冷冲压的综合分析和不断实验，逐步对汽车覆盖件模具进行改进和技术提升，形成了系统性的解决该问题的方案，主要有以下内容：

一，材料特性及成型难点分析

     汽车覆盖件冷冲压成型的主要材料集中在普通钢板、铝合金、镁铝合金和高强板几种类型；普通钢板材质较为柔软，强度偏低，但成形性强，易于成型且整体成型过因经验冲压技术经验积累较多，伴随CAE技术、模具制造技术的进步而显得相对容易；铝合金与镁铝合金是轻量化新兴板材的典型代表，具备较高的轻量化特性，是传统板材重量的20%-40%；因此成为了新能源汽车，高端汽车的材料选择宠儿，在汽车轻量化与绿色环保、节能减排中占据着重要地位，是汽车覆盖件材料应用的重要发展方向；但铝合金与镁铝合金板材成型性能差、延展性差、回弹大，且拥有冷作硬化后无法二次成型，产品加工过程中修冲容易产生碎屑、划痕影响材料性能两大核心难题，因此应用受到成型问题困扰而成本较高；高强板材质强度高，成型性能差，材料成型过程回弹较大，且容易产生起皱和开裂，但因其成型难度低于铝合金和镁铝合金，且减重效果较好，高强板材汽车覆盖件制作的汽车坚固耐用等多方面优势，成为了一种大批量应用的汽车升级板材，在汽车覆盖件的制造中占据着重要的一席之地。

二，多种材料冷冲压成型共性及不同点分析

不论是普通板材、铝合金板材、镁铝合金板材还是高强板，都遵循冷冲压成型的成型机理，都是通过设置材料工艺补充，选择合适冲压角度，形成整体成型坯料，在经过经验补充，拟定初步的拉延、修冲、翻整等成型工艺；对工艺进行CAE分析、精算等方式确定成型的压力等制造参数，不断优化计算回弹、变形、扭曲等成型问题，对之进行反复优化，从而形成工艺和设计，通过加工和调试来最终完成汽车覆盖件模具的制作，在此过程中，坯料的形状、大小和拉延筋的设置将控制材料的流入量和成型模式，因此整体成型模式整体具备共性的工艺路线基础。

但因材料本身属性问题，不同材质的汽车覆盖件成型性能不尽相同，因此需要不同的工艺补充方式，需要不同的压力吨位，需要不同流入量控制和锁料选择，这些是不同材质的同形状汽车覆盖件需要的冲压工艺补充的关键，也是造成汽车覆盖件模具差异性的根本原因。

三，多材质互换型汽车覆盖件模具制造方案

通过对不同材质汽车覆盖件成型的共性和关键点进行分析，可以通过技术革新，保留其共性成型过程，对其差异性和制造难点采用形状外区域控制的方式，来解决多材质互换型汽车覆盖件模具，解决方案如下：

1，多材质批量性CAE运算，寻找差异性较大成型点进行汽车覆盖件形状优化；根据材料的成型难度排序，铝合金和镁铝合金的材料成型最为困难，主要难点在于材料延展性差，回弹大，无法二次成型，因此按照难度最高级别的材料为优先模式，优化汽车覆盖件形状；主要在其形状的变化剧烈区域进行优化，方式为降低剧烈变化，形成趋势近似、变化流线顺畅连贯的汽车覆盖件形状，来保证成型的难度降低；

2，加大拉延筋成型控制作用，并形成多道拉延筋并列模式，以板料大小控制拉延筋使用量，形成压力吨位和拉延筋使用数量作为成型主控因素的控制模式；因不同材质的汽车覆盖件对成型的锁料强度，成型吨位需求不同，因此对不同材质的汽车覆盖件成型工艺需求选择共性工艺补充和工艺结构，变化靠走料控制和压力控制的成型控制模式，以此来实现不同材质板材汽车覆盖件模具冷冲压成型的成型控制；其实施方式为，首先以压边力需求最大、锁料需求最高的材质为基础选择，对其拉延筋进行分解，将成型单筋分解为双筋或者多筋，并扩大拉延筋之间的间距，形成分散多筋控制；以此为基础进行CAE运算分析，对不同的板料材质选择使用不用的拉延筋数量，通过板料的尺寸大小来控制具体拉延筋的使用方式；同时，对拉延筋进行渐变化处理，将常规的规则型筋转化为渐变过度模式的拉延筋，从而达到通过吨位和材料尺寸来作为主要控制模式的汽车覆盖件多材质模具成型。

3，工艺补充精调，加大成型裕度，兼容多材质互换；在做好工艺补充后，要更多分析工艺补充的合理性，对不同材质进行超精运算分析，不断优化完善工艺补充，从而扩大每种材料的成型裕度，使之共性成型模式空间加大，从而更大限度满足多材质成型。

4，超精加工工匠调试的光顺化；多材质互换型汽车覆盖件模具需要提升模具的精度要求，在模具加工过程中要增加超精加工工艺，使汽车覆盖件模具的表面更加规矩，成型更为顺畅，减少加工误差造成的调试不良，同时在调试过程中，要加大工匠对整体型面的把控力度，不断优化共同方向的成型流线，形成顺畅的成型走料趋势，对细节部位增强光顺程度，来解决材质属性不同带来的成型难度增加问题。

5，弱化整形工艺和整形功能，持续提升拉延成型能力，成型整改优选拉延进行；因轻量化材料成型性能差，很多材料不具备二次成型性，因此在制作多材质互换型汽车覆盖件模具的过程中，要弱化整形工序的内容，将整形重点由复杂区域变量修整专项大面趋势性整形的模式，让整形工序的做种重点纠正趋势，以此规避轻量化材料二次成型受限的问题；同时，加强成型技术的整体过程把控能力，把成型调试的难点变量逐级上返，优选拉延工序进行整改。

6，活动机构的应用；因不同材质属性的差异性和不同汽车覆盖件的形状差异带来的成型差异，以上方案无法满足多材质互换型汽车覆盖件模具的汽车覆盖件成型时，需要对差异较大部位进行活块化处理，增加局部不同形状的互换性镶块，来达到不同材质成型的模具功能补充作用。

在个性化需求日益提升的科技浪潮中，工程技术人员需要不断的追逐产品的功能扩大与扩展，推进整体制造技术的腾飞。