汽车覆盖件冲压模失效研究
基于白光检测技术的汽车覆盖件冲压数值模拟可行性研究
年来 随着 计 算机 和 有 限元技 术 的 日趋成 熟 ，世 界各 大 汽 车厂 商均 采用 数值 模 拟软 件对 覆 盖件 进行 前 期 的冲
压工 艺 分析 ，预 测起 皱 、过 度 变薄 、冲 击线 和 回弹 等 问题 。 目前 的数 值模 拟 分析 能够 基 本解 决冲 压工 艺 的
图２ 拉延模 结构 （ 模和 下模 ） 上
格 删 除后 ，再 重 新 桥 接 填 补 ，形成 连 续 无缺 陷 的点
云数 据 。
（ ２）轻量化
采 用Ａ ＯＳ 描技 术 获得 的初 始 点云 数据 量 非常 Ｔ 扫
大 ，它虽 然能够 真 实反 映 出调 试 后 的模 具 型面状 态 ，
盖 件行李 箱外板拉延进 行 了模 拟分析 。模 拟结果表 明 ，采用合 理的扫描 点云数据 、真实 的板料力学
性 能参数和成 形工艺参数 ，可获得 与实 际生产 相近 的模 拟结果 ，有利于进 一步提 高数 值模拟 的准确
性 和可靠性 。
■
一 汽模 具制 造 有限 公司
闰 巍
张 健
１ 前 言
为依 据进 行再 次 数值模 拟 分析验 证 ，还需 要经 过 以下 ３ 个步骤 的数据 处理 过程 。
（ １）网格 修补
Ａ Ｏ 扫 描 技术 获得 的模 具 型面 存 在 由于 扫描 识 Ｔ Ｓ
别点 的粘 贴 而 产 生 的缺 陷 ，以及 个 别杂 质 点 （ 灰 如
尘 ）的掺 入 ，使 该 部 位 形 成 与 周 围 不相 适 应 的 网格 畸 变 。 因此 一 般 先 进 行 网 格修 补 ，将 存 在 缺 陷 的 网
当前汽车覆盖件冲压工艺应用及其缺陷因素分析
当前汽车覆盖件冲压工艺应用及其缺陷因素分析摘要本文主要从汽车覆盖件冲压工艺的概述出发，探讨了汽车覆蓋件的冲压工艺设计应用，并提出了若干影响冲压成形过程缺陷产生的因素，以期促进汽车工业的健康发展。
关键词汽车；覆盖件；冲压工艺1 汽车覆盖件冲压工艺的概述所谓汽车覆盖件，主要指构成汽车车身或者驾驶室、覆盖发动机和底盘的异形体表面和汽车零件。
通常，汽车覆盖件包括外覆盖件和内覆盖件，外覆盖件如车门外板、顶盖等，内覆盖件如车门内板和发动机盖内板等。
在汽车车身设计时，要从汽车整体造型和结构功能角度进行覆盖件设计，高度重视覆盖件的制造工艺性。
通常，覆盖件的冲压工艺性主要涉及以下几方面要求：1.1 覆盖件分块尺寸的可行性覆盖件分块不同决定零件的轮廓尺寸和结构形状，从设计制造角度考虑分块尺寸应越大越好，不仅可减少整车零件的数量和车身表面可见焊缝，提高车身结构制造精度与外观完整性，且还可减少冲压模具的数量和车身生产过程中工装与人力资源的投入。
但由于工艺手段和生产条件限制，就需根据现有条件和技术来分析覆盖件分块尺寸的可行性。
1.2 一次拉延成型的可能性由于覆盖件结构尺寸大、形状复杂、材料薄及精度高等决定了需一次拉延成型。
因此，在覆盖件设计时要注意：①覆盖件轮廓形状尽量简单匀称，使拉延应力均布；②覆盖件形面变化尽量均匀，以保证拉延凸模能顺利进入拉延凹模；③拉延底面的形状尽量平顺，避免出现尖底和凸模接触不到的负角区域。
1.3 翻边整形的简易性如果覆盖件达不到一次拉延成型的工艺性要求，就要增加翻边整形工序。
因此，需注意的是：①翻边尽量设计成垂直方向且翻边方向相同，以简化模具结构；②不同方向翻边在交接处应有适当的距离，以利于翻边刃口的布置；③避免曲面翻边，特别是压缩型翻边；④翻边线尽量直，以减小修边的复杂程度，提高模具寿命。
总之，在覆盖件设计中，要综合考虑上述冲压工艺性要求，在保证覆盖件美观和功能前提下加强冲压工艺的优化，以达到用最少模具、最低材料的消耗生产出合格覆盖件产品。
汽车覆盖件冲压成形及其仿真研究
： ： 囫
图 ｌ 板料起皱类型
（ ） 困
２ ． ％ ，冲床使用 费和材料费 ２０ 。当前 的覆盖件 冲 ０７ ．％ 压生产调试周期长 、生产费用高 ，导致覆盖件成形 的生
（） ａ压缩 力 （） ｂ 剪切 力 （） ｃ 不均 匀拉深 力 （） 曲力 ｄ弯
４ ．冲对 冲压仿真结果进行分
析，如图 ４所示的是笔者对某 型号 汽车上的一覆 盖件进
行冲压成形仿真后所得到的成形极限图。从 图中可以很 直观地发现，在一些 区域有破裂 ，在边缘 四周 的区域有
起皱 。破裂区域的单元或节点位于零件 的上 下两 端的内 壁 ，对应于成形极 限图中成形极 限曲线上破 裂区 的点 。
示 ，大型覆盖件模具 的调试 周期 一般需 要 １～２个 月 ， 试模费约 占模 具总 费用的 ２ ． ％ ，其 中模 具修 正费 占 ２６
这种失稳形式称为压缩失稳。
起皱发生时，皱纹的扩展方向与压力垂直，但是不能 认为所有的起皱都是因压应力引起的。在板料冲压成形过
程中产生的起皱多种多样 ，一般可以分为压缩力 、剪切力、
●垒●■■■●■■Ａｆ‘ ｃ ／Ｊｃ ■■■●●■■■＿ｐ ｃｌ Ａ ●■■ ■●■墨；ｐ ■２■●■■鏖■ ■ 垒■■Ｐ■■ ● ■■■ ■ ■ －● ● ● Ａ ｊ
汽 车 覆 盖 件 冲 压 成 形 及 其仿 真 研 究
南京工程学院材料学院 （ 江苏
般而言 ，根据设计的要求 ，汽车覆盖件 冲压成形
产效率低 ， 品投放市场的周期 长，不利于新车型 的研 产
发。
＿
兰
箜丝塑
ｗ ｗ ｗ． ａｃｈ ｎ ｓ ． ｏｍ ． ｍ ｉ ｝ ｔｃ ｃｎ
冲压模具失效分析及预防措施研究
冲压模具失效分析及预防措施研究摘要：冲压模具是工业生产的突破口，直接决定了所冲产品的质量。
但是冲压目具在使用的过程中，极容易受到多种因素的制约，产生失效的现象，影响了产品的质量，企业的生产进度等，严重制约了工业的发展。
因此，必须要明确冲压目具失效的类型，进行又有针对性的预防，才能保证工业生产的顺利进行。
本论文以冲压目具作为研究切入点，对其失效的类型和原因进行了详细的分析，并在此基础上提出了相应的预防措施。
关键词：冲压模具；失效；预防措施冲压加工主要是借助压力机对材料施加压力，使得材料在模具中变形，进而获得理想的产品零件，使其具备一定的形状、尺寸和性能。
就当前来说，冲压加工所生产出来的产品零件非常适合大批量生产的工业领域，例如：汽车生产、家用电器生产等，具有非常广泛的应用。
在分离和成形的工序中，模具极容易受到剪切力、成形力的影响，致使其出现各种失效现象，严重影响了产品的生产质量。
一、冲压模具受力特点分析冲压模具在工业生产应用的时候，面临着复杂的工作条件，常常要承受冲击、振动、摩擦、高压、拉伸、弯曲等多种负荷，这种复杂的受力环境，对冲压模具也提出了更高的要求，不仅仅要具备极高的硬度和强度，还有具备较高的耐磨性、韧性等。
在成形工序中所应用的冲压模具，受力情况主要包括：板料的抗拉强度比较高，使得模具在成形过程中，承受着非常大的工作压力；为了防止模具出现起皱、回弹的现象，模具在成形环节还面临着较大的压边力；伴随着成形过程中工作压力、压边力的不断增加，致使模具的摩擦力也随之出现上升的趋势；在整形模中，为了防止产品出现起皱和回弹的现象，常常会缩小工作间隙，这也在一定程度上增加了冲压模具的摩擦力。
针对分离工序中所使用的冲压模具来说，其在工作时的受力特点为：工作的部位主要集中在模具刃口的部位；在分离的过程中，由于版聊的抗拉强度比较高，在剪切的过程中，常常导致模具的刃口部位承受着较大的压力；在板料剪切的过程中，由于是在瞬间完成的，具有明显的瞬时性，导致模具在工作的时候，必须要承受着较大的交变应力；在对板料进行剪切的过程中，必须要使得板料在刃口的部位，形成应力集中，保障板料顺利剪切。
汽车覆盖件冲压成形及其仿真研究
图１板料起皱类型
２破 裂 ．
破裂是拉深失稳在薄板冲压成形中的主要表现形式 。在板料成形过 程 中，随着变形的发展 ，板料 的承载面 积不断减小 ，其应变强化效应却
不断增加。当应变强化效应的增加 能够补偿承载面积缩减时 ，变形稳定
廓 内部带有局部形 状特征 ，这 对成 形控制技 术提 出更 多更高的要 求。
类 ，如 图 １ 示 。 所
（ ）多 为拉 深 、胀形 的 复合 ２ 过程 汽车覆盖 件成 形过 程中毛坯
变形 并不是简单 的拉深 ，而 多是拉
深和胀形同时存在 的复合成形。
（ ）成形 过程 中常伴 有 多处 ３
局部成形 由于车身的美观性和功能 性等 特殊需要 ，很 多覆盖件整 体轮
大小及主应 变之比等也随 之不断改 变 ，故毛坯材 料在拉延过程 中的路 径也不断变化。
束时 ，在毛坯体积 内，尤其是板料厚度方向上存在着残余应力。未脱模
时 ，这些残 余应 力与工具的接触力保持平衡关系。当工具 被释放后 ，拉 延件将寻找新的应力平衡位置 ，即局部应力的释放 ，随之导致成形件的
期的数值仿真与分 析的工作量。
汽车覆盖件的质量要求
一
地获得高质量的产 品。
般而言 ，根据设计的要求 ，
汽车覆盖件冲压成形应满足如下的 要求 ：
汽车覆盖件的成形特点
汽 车 覆 盖 件毛 坯 的 绝大 部 分
（ ）尺 寸精度高 汽 车覆盖 １
件必须有很高的尺寸精度 ，以保证 焊接或组装时的准确性 、互换性 ， 便于实现车身焊接的 自动化和无人
外覆盖件来说 ，多次拉延 易形成的
冲击线和 弯曲痕迹线也会 影响喷漆 后的表面 质量 。因此 ，汽 车覆盖件
汽车覆盖件冲压成形仿真研究及工程应用的开题报告
汽车覆盖件冲压成形仿真研究及工程应用的开题报告一、选题背景及意义汽车产业是国民经济中的重要部分，汽车零部件制造在汽车产业中占有重要地位。
而汽车覆盖件则是汽车外观设计中重要的组成部分，具有保护车身、美化外观等多重功能。
汽车覆盖件冲压成形是目前汽车覆盖件生产的主要工艺之一，如何提高汽车覆盖件冲压成形的质量和效率，是汽车覆盖件制造企业需要解决的关键技术问题。
汽车覆盖件冲压成形的仿真模拟可以帮助企业在减少试制样件、提高成形工艺效率基础上，优化冲压工艺参数、降低生产成本，最终提高汽车覆盖件的成形质量。
因此，本文选取了“汽车覆盖件冲压成形仿真研究及工程应用”作为研究对象。
二、研究内容1. 汽车覆盖件冲压成形的工艺分析通过对汽车覆盖件冲压成形工艺的分析，掌握汽车覆盖件的成形原理和工艺参数的影响规律。
2. 汽车覆盖件冲压成形仿真模型的建立采用商业有限元软件，建立汽车覆盖件冲压成形的仿真模型，并进行仿真计算。
3. 汽车覆盖件冲压成形仿真结果及分析对汽车覆盖件冲压成形仿真结果进行分析，掌握汽车覆盖件的成形变形规律和成形缺陷形成原因。
4. 汽车覆盖件冲压成形仿真分析在工程应用中的探讨依据仿真分析结果，探讨汽车覆盖件冲压成形仿真在工程应用中的可行性和实际应用效果，为企业提供冲压成形技术改进的方法。
三、研究方法1. 文献综述法通过查阅文献和资料，对汽车覆盖件冲压成形的工艺流程、成形原理、影响参数等进行了解和梳理。
2. 有限元方法采用有限元软件建立汽车覆盖件冲压成形仿真模型，并进行仿真计算。
3. 实验验证法通过对模拟仿真结果的实验验证，探究实际生产中的可行性和优化效果。
四、拟定时间计划1. 前期准备（1个月）查阅文献、了解相关领域常用软件、组建研究小组。
2. 研究设计（3个月）对汽车覆盖件冲压成形的工艺流程、成形原理、影响参数等进行研究和分析，并建立有限元仿真模型。
3. 数据分析和处理（2个月）对有限元仿真结果进行分析和处理，探讨冲压成形的缺陷和变形原因。
汽车外覆盖件冲压表面缺陷的产生原因及预防措施
万方数据
Ｄｉｅ ａｎｄ Ｍｏｕｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．５ ２０１２
度不一致，造成压边圈的压料力不均匀，局部位 置的压料力大，拉深时零件局部出现变薄、拉裂。 ’：ｊ■‘二４
＋：４
造成模具的压料力不均匀，零件成形时压料紧 的部位材料流人模具型腔困难造成变薄、拉裂， 压料松的部位因压不住材料造成起皱。（５）落
预防冲压生产中汽车外覆盖件表面产生凹 坑的措施如下。（１）拉深时保证压机滑块的成 形力大小稳定。（２）拉深时保证压机的气垫压 力大小稳定。（３）拉深时托杆的顶起高度要相 同，且顶起高度的大小要保持定值。（４）模具使 用一段时间后要根据氮气弹簧的压力指示表中 指示值的大小变化或零件外观的质量判断向氮 气弹簧中充氮气。（５）要保证落料毛坯的尺寸 大小。
图１ 一款ＳＩ ＴＸ’车型的右侧围外板
表面擦干净。（４）在模具表面及材料表面干净 的情况下，如果拉深时零件表面仍出现严重星 目，则这种材料不能用于外覆盖件的生产，需要
２．１星目产生的原因及预防措施 表面星目是指汽车外覆盖件在冲压生产中 表面出现的微小凸包，用油石检查冲压件的外 观质量时可以看到表面的微小亮点。这些微小 的缺陷会在涂装后引起光的杂乱不规则反射而 影响外观质量。 产生表面星目的主要原因如下。（１）材料 表面清洗不干净或清洗油不干净导致的原材料 表面脏。（２）开卷落料后的材料清洗后保存不 善或长期存放导致的原材料表面脏。（３）模具 清洗不干净或模具没有及时清洗导致的模具表 面脏。（４）原材料在热镀锌前母材表面脏。（５） 模具长期生产后表面镀铬层破坏，拉深时模具 与材料表面摩擦导致的材料表面脱锌。（６）生 产车间的防尘条件不好，生产现场有灰尘进入 材料表面和模具表面。（７）在人工线进行搬运 生产时，工人戴普通的防护手套作业时，普通防 护手套与板料摩擦产生的毛屑掉人材料表面和 模具表面。（８）修边冲孔工序中产生的切粉进 入模具中。 零件在冲压生产过程中出现表面星目的位 置点一般不固定，表面星目问题是冲压生产中 的难点问题。我公司委托外加工加工的几种外 覆盖件在人工线进行生产，车间的防尘条件不 好，加上曾因原材料脏，在冲压生产过程中出现 表面星目最严重的情况是１个零件表面出现２０
汽车覆盖件冲压工艺及模具设计技术研究
汽车覆盖件冲压工艺及模具设计技术研究摘要：汽车覆盖件是我国汽车车身设计中不可缺少的组成部分。
随着我国汽车制造业的快速发展和人们生活质量的不断提高，人们对家用汽车车身设计的基本要求也越来越高。
如何追求高品质、低成本、实用的智能汽车已逐渐成为直接影响我国汽车产品选择的重要因素之一。
高度重视我国汽车整体覆盖件冲压制造工艺、模具设计等新技术的深入研究，可以大大提高我国汽车车身的整体设计质量，增强我国汽车加工产品的市场实力和竞争力，促进加工企业汽车产品的不断升级，为汽车企业的发展创造更大的社会效益和经济效益。
关键词：汽车覆盖件；汽车覆盖件冲压工艺；模具设计技术1.汽车覆盖件概述所谓汽车覆盖件，是指构成车身或驾驶室，覆盖发动机和底盘的异形表面和汽车零部件。
由于车内部及其覆盖件不仅需要具有较强的车身整体性和装饰性，还需要能够同时承受一定的地面力和冲击力，因此车内部及其覆盖件的整体结构和功能非常复杂。
除了我们经常直接看到的一些车外板，如车门外板、侧壁外板、发动机罩等，车上的内盖件也可能包括一些小型车内板，例如一些可以隐藏在车内的车辆地板和左右两侧的异形纵梁。
2.覆盖件冲压工艺特点在车身的设计中，需要从整体形状和结构功能两个方面进行设计，而汽车罩是完成汽车形状和结构功能的重要部件，所以汽车设计师往往十分重视它。
然而，尽管面板是汽车的重要组成部分，但由于设计师专业知识的限制，一些制造工艺可能没有得到充分考虑，导致了面板制造过程中的一些问题。
盖板件的冲压工艺对盖板件的制造具有重要意义，必须给予足够的重视。
设计面板时必须考虑冲压工艺。
3汽车覆盖件冲压工艺与设计方案本文主要以某汽车生产公司的一辆小型货车的后门为分析对象。
后门内板尺寸大，形状多样，是典型的汽车覆盖件。
3.1汽车覆盖件冲压工艺分析汽车后门内板分为后窗内板和后门外板。
后车门的内板和外板通过内板的焊接边缘和冲压工艺相互连接，形成汽车的后车门，后车门直接安装在汽车的行李箱上。
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汽车覆盖件冲压模失效研究
随着模具产业的快速发展，市场对于模具的要求越来越高，尤其关注于如何提高模具的使用寿命。
因为延长模具的使用寿命，一方面可以降低零件生产成本，另一方面能够提高整体生产效率，从而有助于提高产品的市场竞争力。
本文以汽车覆盖件冲压模为研究对象，通过理论分析并结合试验结果，获得汽车覆盖件冲压模的失效机理和再制造的关键技术。
某汽车覆盖件模具大梁的失效判断
通过工厂了解到该套模具，采用镶块式组合模具，采用销钉进行固定。
模具在使用过程后，出现的问题，对于汽车覆盖件产品来说，要求其表面整洁，成形性好。
由于模具表面出现破坏，其产品表现为拉毛和积瘤，对镶块失效部位表面形貌及相对运动方向进行宏观分析，可以初步判断，某汽车覆盖件大梁主要出现的失效形式为磨损失效，主要机理是磨粒磨损与咬合磨损。
根据对表面拉伤问题的分析及防止措施，解决方法是对模具凹凸面，进行仔细研磨，其重点分析了咬合磨损的产生和减少咬合磨损的一些基本措施。
尽量减少接触副之间的负荷、采用陶瓷与陶瓷、塑料与塑料、塑料与金属、陶瓷与金属或塑料与陶瓷配对副、使用体心立方或六方体结构的材料、采用润滑膜等方法来减少咬合磨损。
失效的基本形式
汽车大梁主要失效机理为磨粒磨损、咬合磨损和接触疲劳磨损。
模具失效的基本形式主要有塑性变形，磨损，疲劳，断裂和开裂。
2.1.塑性变形
模具在工作时，力的大小及作用面积不同，使得存在着应力不均匀的现象。
当接触部位的应力值大于工作温度下材料本身的屈服强度时，模具发生塑性变形，从而造成失效。
主要表现有塌陷、镦粗、弯曲等。
2.2.磨损模具
在正常工作过程中,因摩擦导致材料的位移和脱离发生的表面现象。
由于磨损，使得材料或零件在一段时间内质量逐渐损失，尺寸发生变化，因而不能完成工作，丧失原有的功能因而失效。
磨损失效分析的方法和步骤主要是观察磨损表面形貌。
模具的表面痕迹保留了当时磨损过程，是判断磨损机理的重要依据。
主要解决办
法是有针对性和有选择性地提高抗磨措施。
比如材料表面硬化处理，使表面硬度高、润滑性好、耐磨性好。
2.3.疲劳模具
在开合过程中，与板材相互接触并在反复作用下，当达到一定次数后，出现
疲劳裂纹。
应力集中和循环载荷是模具产生疲劳失效的根本原因。
尽管模具在工
作中承受的载荷明显小于材料的屈服强度，但在局部的应力集中情况下，仍容易
形成微裂纹。
根据工作环境，循环载荷很容易导致微裂纹的扩展，从而最终因疲
劳而失效。
2.4.断裂及开裂
在服役期间，模具因出现较大面积的裂纹或部分材料分离而不能完成规定功
能的现象，称为断裂失效。
它是在应力的作用下，材料发生机械破坏的结果，主
要表现为整体或局部分裂为几部分。
在失效形式中，断裂是最严重，它是各种因
素的综合。
根据断口表面形貌，可以判断塑性断裂或脆性断裂。
同时，疲劳裂纹
在较低的循环载荷的作用下，工作一段时间后，裂纹不断扩展，当不能承受传递载荷要求时，模具突然断裂。
可修复模具结构设计
模具经过一段时间的使用后，模具表面因局部磨损等原因不能正常工作，加上模具的制造周期长、制造费用极高，使得延长模具的使用寿命很有必要。
常用办法是将模具容易出现磨损的部位用砂轮机或其它机械进行打磨，除去磨损表面，然后用各种表面处理方法（如PVD、激光熔覆等）进行修复。
表面处理后，打磨原样表面，使其达到精度要求及粗糙度要求即可。
一般情况下，凸模采用整体式结构，但因材质不同，凸模与底板分开，存在着加工困难的部位。
为此，在结构上采用镶块式，使得维修更加方便。
汽车覆盖件大梁模具在结构上，把工作平面分解为若干个镶块，之后通过拼合，固定在一起，这样做，有利于加工。
每个镶块，通过销钉与模座定位，在某个部位损坏后，可以通过快速更换。
损坏的镶块进行熔覆再制造，即保证了不影响生产率的同时，提高工作效率，也提高了材料的利用率。
在设计时应考虑，某些潜在的可能出现高维修率的部位，加入硬化的嵌套或设计成镶块，以便模具的维修保养。
为保证模具吊取时安全，模座一定要设置吊模孔（吊环孔）。
根据结构工艺性要求，对于加工困难的部位，采用镶块式结构。
采用镶块型式，就可以采用切削加工的方法来制造，一方面可以方便加工，另一方面，可以有效地提高模具的制造精度。
对于易损件，冲头就是常见的一种。
目前，常见的是整体式，由于易损坏，导致需要整体更换，生产成本高。
但采用镶块式结构，改进后的冲头，与固定环、
定位环及冲头上座进行配合。
其中，固定环为两个半环。
可以根据需要更换损坏处，提高了材料的利用率。