汽車覆蓋件試制模具是汽車開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，只有被試驗證明是合格的車身覆蓋件才可以被投入到生產制造中去竭鞍。本文在大量實踐的基礎上板惑，介紹了一種低熔點合金試制模具的開發(fā)流程，并針對基于Autoform的模具設計、模具澆注冯乘、試模進行了詳細的闡述洽胶，并針對試制模具的發(fā)展進行了一定的展望。

　　車身覆蓋件的試制特點

　　車身覆蓋件的開發(fā)由于涉及汽車結構裆馒、車身強度姊氓、大規(guī)模生產的工藝性、制造成本等多領域喷好、多學科的知識翔横，因此對于設計完成的覆蓋件一定要按要求制作樣件，做大量的試驗梗搅，只有被試驗證明是合格的車身覆蓋件才可以被投入到生產制造中去禾唁。

　　目前試制模具主要解決的是車身覆蓋件的拉延和整形問題，落料无切、切邊穗狞、開孔工作一般由激光切割或手工來完成。對于R圓角要求不高的翻邊客净、折邊等工作一般由相關夾具定位凭衩，手工完成，對于要求較高的翻邊可以采用壓機輔助或使用專用翻邊設備方式冀烘。因此車身覆蓋件的成形拉延模具是整個車身試制的關鍵慌位。

　　車身覆蓋件的試制的特點有：（1）生產件數少，一般由幾件到幾十件纬惶；（2）周期短子宵，如一副車門內板的整個樣件制作周期只是一至一個半月；（3）質量接近量產零件質量诽闲，如試制零件的基準點（RPS點）柄叹、批量檢測點（PMP點）、匹配面尺寸點（CP點）必須合格匾蛆，尺寸超差點（BK點）在單個零件中一般不能超過2個。

　　當今固啡，各大汽車設計單位普遍采用的是快速制模的方法來制造車身覆蓋件樣件切油，主要采用的方法有：低熔點合金模具、聚胺脂模具名惩、金屬噴涂制模澎胡、基于離散型面的無模沖壓等。其中娩鹉，低熔點合金模是利用聚氨酯材料母模攻谁，用低熔點合金直接澆注出凹模和壓邊圈的模具.

　　基于Autoform的試制模具設計技術

　　世界上大的汽車集團的車身開發(fā)與模具制造都要借助于一種或幾種板成形模擬軟件來提高其成功率和確保模具制造周期。國際上通行的軟件主要有美國eta公司的Dynaform、法國ESI集團的PAM系列軟件戚宦、德國AutoForm工程股份有限公司的AutoForm个曙，國內有吉林金網格模具工程研究中心的KMAS軟件、北航的SheetForm受楼、華中科技大學的Vform等垦搬。其中AutoForm的特點是：

　　1）提供從產品的概念設計直至最后的模具設計的一個完整的解決方案，其主要模塊有User-Interface（用戶界面）艳汽、Automesher（自動網格劃分）猴贰、Onestep（一步成形）、DieDesigner（模面設計）河狐、Incremental（增量求解）证摩、Trim（切邊）、Hydro（液壓成形）若战，支持Windows和Unix操作系統(tǒng)诡亥。

　　2）適合于復雜的深拉延和拉伸成形模的設計，沖壓工藝和模面設計的驗證悍暴，成形參數的優(yōu)化壳荣，材料與潤滑劑消耗的最小化，新板料（如拼焊板汽心、復合板）的評估和優(yōu)化吟钻。

　　3）在算法上快速、有效熏疾、可靠溶豌。最新的隱式增量有限元迭代求解技術不需人工加速模擬過程，與顯式算法相比能在更短的時間里得出結果葵昂；其增量算法比反向算法有更加精確的結果桶淡，且使在FLC失效分析里非常重要的非線性應變路徑變得可行。即使是大型復雜制件寥掐，經工業(yè)實踐證實是可行和可靠的靴寂。

　　4）求解速度快、界面友好召耘、易于上手百炬、對復雜的工程應用也有可靠的結果。AutoForm能直接由設計師來完成模擬污它，不需要大的硬件投資及資深模擬分析專家剖踊，其高質量的結果亦能很快用來評估，在縮短產品和模具的開發(fā)驗證時間衫贬、降低產品開發(fā)和模具成本德澈、提高產品質量上效果顯著，對沖壓成形的評估提供了量的概念，給企業(yè)帶來明顯的競爭優(yōu)勢和巿場機遇梆造。

　　基于Autoform的試制模具仿真

　　模具形面設計

　　Onestep驗證：在檢查零件有無沖壓負角后缴守，檢查零件拔模角，一般不小于5～7°澳窑。在Onestep功能中斧散，先對孔洞和間隙進行填充，棱邊進行倒圓處理圾篱，再根據產品數據啸席，或產品＋壓料面，或產品＋壓料面＋工藝補充面等進行計算玫惧，求得最小毛坯币皂、皺紋及裂紋等缺陷、FLD庞蠕、材料伸長量和厚度減薄率等參數筋擒，并以此來判斷是否需要進一步做模具設計。

　　以Autoform4.0為例则菌，最為重要的是設定processor/restrain的值破卜，它的大小表徵了材料在成形過程中所受變形抗力的大小。一般而言踏靴，通過restrain值可以間接知道覆蓋件模具的壓料筋強弱廷前。如果安全區(qū)域能覆蓋零件表面的2/3，則在今后的模具設計過程中可以通過調整工藝補充面和拉沿筋尺寸來實現零件的op20工序目的窜无。

　　模擬中起皺和破裂判斷的依據是：在薄板沖壓成形中贱甥，壓縮失穩(wěn)為導致起皺的主要表現形式，以單元增厚率判斷起皺柄错；拉伸失穩(wěn)局部頸縮為導致破裂的主要表現形式舷夺，以成形極限圖（FLD）判斷破裂。

　　確定沖壓方向：模具以無沖壓負角為第一優(yōu)先原則售貌，根據平均法向原則给猾、最小拉伸原則、最小沖壓質量差原則來確定沖壓方向颂跨。沖壓方向的選擇還與材料的平衡變形有關耙册。Autoform除了可以自動將數據按照沖壓方向定義要求轉動外，還可以自動表明型面沖壓危險區(qū)域毫捣。

　　確定壓料面：壓料面（binder）的確定以平滑光順為原則，考慮到拉延深度帝际、壓料面輪廓線光順蔓同、面輪廓規(guī)整等原則，Autoform將自動生成壓料面。壓料面的形成是輪廓樣條曲線來控制的斑粱，因此確定壓料面與工件擬合程度的輪廓樣條曲線的調整是關鍵所在弃揽。在試制模具中，為了便于提高加工速度褂省，壓料面最好是做成平面或單曲率曲面巷卵。對于Autoform，除了可以通過定義參數自動生成壓料面外葵稚，還可以手動生成控制曲線帘衣，形成壓料面。

　　確定工藝補充面：在壓料面形成后洁席，考慮板料的成型以及后續(xù)工作的工藝性税则，從原始數據型面做工藝補充面至壓料面。在Autoform中工藝補充面由相關的幾對參數決定值唉，改變一個參數有可能會影響到其它參數赡喻，因此在Autoform中補出理想的工藝補充面是一件非常繁瑣的工作。

　　Autoform在壓料面和工藝補充面生成上的優(yōu)勢在于：幾何感強港赂，便于直觀評價旭手；全參數化，便于修改涉功；與Onestep和Incremental求解完全集成汁掠；通過2D模擬完成工藝補充輪廓的優(yōu)化處理，自動和交互式地完成工藝補充面攒发。

　　確定拉沿筋：布置拉延筋不僅需要考慮調整板材在成形過程中局部的流動速度调塌，還需要考慮后續(xù)修邊和拉延時可能產生的問題。在模具工藝設計時惠猿，Autoform提供的是等效拉延筋的概念羔砾，但是在模具結構設計中，拉延筋的具體幾何尺寸如：凹筋轉角半徑偶妖、凸筋高度姜凄、凸筋轉角半徑、凸凹筋之間間隙等由Autoform專門模塊提供趾访。

　　基于Autoform的計算态秧、效核

　　模具設計完后要進行沖壓模擬。Autoform使用的是Incremental 模塊扼鞋，根據增量法原則申鱼，對模具工藝方案進行反覆優(yōu)化模擬或進行選擇性模擬，全面討論模具工藝性設計云头。

　　它使用許多現代模擬技術捐友，如應用新的隱式有限元算法保證求解的迭代收斂晋粱；彎曲效應的考慮利于求解回彈；采用自適應網格埋吊、時階控制馁惨、復雜工具描述的強有力接觸算法、數值控制參數的自動決定和使用精確的全量拉格朗日理論等保證求解快而且準確愈苛；新的切割算法來增加精度业弊。

　　它還融入了許多工程應用技術，如伶门，等效拉延筋阻力模型可以考慮板料經過拉延筋時的彎曲于哩、反彎曲效應，拉延筋的幾何模型針對不同的材料會產生不同的摩擦系數强男。該軟件的材料參數庫開放性強洪业，除了包括美國、日本及歐洲的上百種廣泛使用的材料數據庫之外眨仪，可以自行建立適應用戶需要的參數庫峭桅。

　　Autoform的Incremental在模擬過程中有很多優(yōu)勢，如：速度快柑爸，對于一副前蓋的模具模擬時間只要2～3小時吵护；準確，根據實際經驗表鳍，模擬的相似度可達70%左右馅而；可以詳細的表徵有關的模擬量，如譬圣，破裂瓮恭、變薄、伸長厘熟、起皺屯蹦，成形極限圖FLD、材料流入量绳姨、滑移和沖擊線登澜、成形力等；可以完整的模擬沖壓全過程飘庄，如脑蠕，重力下滑、壓邊措暗、拉延稻沮、切邊、整形等递蚪。

　　汽車覆蓋件試制模具的設計

　　由于Autoform的精度不高讯匈，它所生成的工藝補充面大多還需要用CAD軟件根據它的特徵進行重新構造艾蜓。試制模具的設計在拉延階段只設計凸模，同時為了提高制造速度策坏，試制模具一般只設計模芯，沒有模架泻畏，模具中一般不含斜切機構烈肉。

　　試制模具設計的同時也是數據整理的過程。采用統(tǒng)一規(guī)范的CAD數據委丈，包括從設計到模具加工完畢幾乎所有的信息甩高，這對以后模具制造各個環(huán)節(jié)上的人都有參考作用。

　　試制模具的凹模什偷、壓邊圈的制造技術

　　低熔點合金模指的是利用母模霸督，用低熔點合金直接澆注出來的模具。通常采用的是一種錫鉍合金（錫52%衅疙，鉍48%）作為制模材料莲趣，它的熔點為137℃。低熔點材料是一種非常好的快速模具材料饱溢，它具有：熔點低喧伞，熔化速度快，有利于提高制模效率绩郎；在熔化狀態(tài)下流動性好潘鲫，成模清晰；具有一定的冷脹性肋杖，便于固定模具鑲塊及其它部件溉仑。但是由于低熔點合金材料強度低（抗拉強度只有60MPa左右），所以對于板厚超過1.5mm的板材就不十分合適了状植。

　　將制作完成的凸模放在澆注平臺上浊竟，用MCP蠟片作為料厚貼在凸模上。在整個澆注過程中浅萧，蠟片貼的質量是澆注成功與否關鍵所在逐沙，因其在高溫金屬溶液的沖擊下可能會發(fā)生剝離、起泡版挣、局部熔化的現象蔓酣，所以一定要注意蠟片的布置和結合處的粘結效果。對于料厚超過1.2mm的蠟片婆裹，需按照模具形面結構進行蠟片的分割處理载甸，以使得蠟片附著有力，蠟片與模具之間沒有氣孔乱险。在蠟片貼完后按形式進行搭建凹模澆注框齐犀。 

　　對于錫鉍合金來說托习，澆注溫度越高，越易成形滥捣，但是由于蠟片熔點只有150℃虏淋，所以澆注溫度不能太高，一般在143℃左右沦昆。為了提高型面的澆注質量尸查，使得錫鉍合金在澆注后盡快冷卻，還應布置冷卻水道愿凶。

　　最后竖伯，再根據制作成功的凸模和凹模翻制壓邊圈。

　　試制模具的調試

　　試制模具能否按期交貨很大程度上取決于試模的順利與否因宇。

　　同一般模具調試一樣七婴，試制模具在調試時也采用涂色法對凹模與壓邊圈貼合面進行研配，使得接觸面積大于75%察滑，以便真實反映材料成形時的流動過程打厘。其次，對凹模和凸模之間進行涂色研配杭棵，以消除加工和安裝誤差婚惫。最后，逐步調整模具成形力和壓邊力魂爪，以消除零件開裂或起皺現象先舷。由于材料成形是一個復雜過程，調整壓邊力滓侍、增大凹模圓角蒋川、調整潤滑條件雖然能起到很好的作用，但是有時由于零件本身結構撩笆、尺寸的限制倡挚，這些方法起到的作用有時不是很明顯。實踐證明調整坯料尺寸或形狀有時也是一種很好的試模方法筷疹。

　　提高試制模具開發(fā)速度的設想

　　試制模具具有反映速度要求快蒸拦，精度要求不高的特點，因此可以通過參數化設計與模塊化制造來提高試制模具的開發(fā)速度瞳竖。

　　不同汽車廠的產品雖然風格迥然蜘把，但產品結構卻具有相似性和繼承性。我們可以組建相似件的沖壓工藝數據庫乡捧，如對于車門外板衅滞、翻邊各種形式逐一規(guī)類，針對不同的形式采取了哪些不同的解決方法牵观，將這些信息匯總起來抓惫，當出現新門板零件時水惑，我們可以在完成對零件結構的分析后，借鑒歷來典型結構的試制工藝径楼，排出新零件的試制工藝汽足。

　　試制模具參數化、模塊化的難點在拉延模具型面的設計上嚼锄，目前工藝面的設計往往占整個模具設計時間的70%左右诞外。我們可以利用目前CAD軟件強大的參數化設計功能，針對車身不同的零件將其模具的補充工藝面全部參數化灾票。這樣導入類似新零件數據后只需調整少量參數就可以得出新模具的設計了。

　　以上所設想的方法必須有兩個前提：（1）設計過足夠量的模具茫虽，（2）必須明確覆蓋件典型結構的具體劃分刊苍。

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