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小批量汽車衝壓模具技術的研究及應用

2023-6-29 來源（yuán）：中國（guó）第一汽（qì）車集團有限公司作者：馬望閆彥

隨著社會不斷（duàn）發展（zhǎn），人們（men）的生活方式也在發生著改變，一成不變的生活（huó）節奏已不能滿足人們的日常需求，私人定製的個性（xìng）化生活已經開始（shǐ）被越來越多的（de）人所接（jiē）受。據統計，美國有 85% 的汽車消（xiāo）費（fèi）者會選擇定製化汽車，而日本也有將近80% 的（de）消費者（zhě）會選擇個性化汽（qì）車定製（zhì）。

汽車定製化可大致分為 3 個級別（bié） : 第一個級別就是簡單的對車身顏色、輪輞樣式及內飾選材等方麵進行固有化的裝配 ; 第二個級別為大規模（mó）定製化，就是（shì）汽車供應商進行模塊化生產（chǎn），用戶（hù）可以根據個（gè）人需求對車輛的動力及車身材料等進行自主選擇 ; 第三個級別為分散個性化生（shēng）產，這是（shì）汽車定製服務（wù）的最高級別（bié），其拋棄了流水線和模塊化生產的固有模式，可完全按照用（yòng）戶的需求進（jìn）行個性化生產，比如勞斯萊斯車型，就是完全按照用戶的需（xū）求進行裝配（pèi），真正做到了純手工定製化生產，並保證每台勞斯萊斯（sī）車型都是獨一無二的。

我們依據以上幾種定製化級（jí）別，應用到汽車車身外觀，就是對車身衝壓件的變更（gèng）。傳統的衝（chōng）壓（yā）模具開發（fā）周（zhōu）期長、成本高，已不適（shì）合開發（fā）周期短、批量相對較小的定製化生產的開發特性，這就需要尋求一種適應多（duō）產（chǎn）品、小批量的衝壓模具技（jì）術（shù）及標準。根據以上思路，我們參照汽車產量的不同，結合不同（tóng）的模具開發模式，細化研究小批量汽車的模具生產方式，不僅起到了降低生產成本和提高產品質量的（de）目的，也促進了定製化汽（qì）車的應用。

一（yī）、基於小批量（liàng）技（jì）術研究

1．規劃與工藝

小批量模具根據（jù）生產總綱領，可大致分為試製工裝（如（rú）圖 1 所示）、半工裝（節（jiē）約修衝模具（jù））、全工裝模具（如圖 2 所示）等，半工裝模具根（gēn）據產量的（de）不同，又可對（duì）模具結構進行不同等級的劃分，達到（dào）節約工（gōng）裝成本的目的。

圖 1 試製工裝

圖 2 全工裝

首先，確認半工裝與全（quán）工裝模具（jù）的平衡點。根據實際生產經（jīng）驗，車型總生產鋼領在 5000 台份以上，建議采用全工裝批量模具的開發方式 ;對於總綱領低於 5000 台份，根據車（chē）型的實（shí）際規劃鋼（gāng）領，進一步進行分解，對於總綱領低於 100台（tái）的，建議采用純試製工藝及試製工裝的形式的進行模具設計製造 ; 總綱領在 100-5000 台之間（jiān），建議按照量產工藝進行模具設計製造，而此綱領區間的模具結構及工（gōng）裝（zhuāng）形式，根據零（líng）件的複雜程度和重要程度進（jìn）行差異化區分，采用半工裝（zhuāng）與全工裝相結合的（de）方式，而且模（mó）具結構在大批量模具的基礎上進行（háng）減配優化。

將以上討論進行整理，詳見表 1:

表 1 車型規劃與工藝工裝關（guān）係（xì）表

2.模具技術標準（zhǔn）

綜合考慮產品的重要程度和難易程度，可分為三大類 : 外覆蓋件、高強鋼零件和其它零件。外覆蓋零件表麵質（zhì）量要求較高（gāo），工藝設計和模具結構盡可能分析充分，從而保證（zhèng）產品質量，將返修工（gōng）時控製在合理範圍之內。高強鋼零件因其屈服強度較高，材料成型時的流動會導致模具磨損嚴重，因此（cǐ）批量大的（de）話，要適當提高工作部位材（cái）質強度，必要時需要對模具局部（bù）進行淬火。其它零件可依據行業標準進行設計開發。

（1）模具材（cái）質

一般（bān）分為鑄（zhù）造模具及鋼板模具，鑄造模具需要製作泡沫實型，然後鐵水（shuǐ）澆鑄（zhù）而成，鋼板模具是（shì）在采購型材（cái）的基礎上進行加工。鑄造模具的模座（zuò）選用材料為 HT300，鋼板模（mó）座（zuò）選用（yòng）材料為 45鋼。對（duì）於模具工作部位的材質，試製模具因批量小，一般材料采用（yòng） HT300 和 45 鋼，若（ruò）生產綱領較大，需要（yào）提升模具材質，一般材料選用 MoCr鑄鐵或 Cr12MoV。

（2）導向結構

模具導向方式大致分（fèn）為導板或導柱兩種方式（見圖 3），批量較小的模具利用模具本體加工麵進（jìn）行導向，不需要安（ān）裝導板或（huò）導柱等導向。批量較大的（de）車型可根據實際（jì）情況增加導板或導柱。通常根據零件的重（chóng）要程（chéng）度和複雜（zá）程度去判斷是否（fǒu）增加導向（xiàng），其目的是保證零件尺寸的（de）穩定性和（hé）一（yī）致（zhì）性。

圖 3 導板（bǎn）導柱示意圖（tú）

（3）側翻結構（gòu）（CAM）

側翻結構可分（fèn）為斜楔翻邊和側翻機構翻邊。側翻機構較為簡（jiǎn）單，在小批量模具中，負角翻邊的（de）零件通常采用側翻機構。側翻機構與傳統的批量模具的斜楔結構不同（見圖 4），它一般實現水平方向翻邊，導（dǎo）向麵（miàn）與（yǔ）工作台平行。用斜楔（xiē）機構翻邊的時候，要將零件旋轉到合理的角度，以滿足斜楔翻邊需求，盡量避免成型類翻邊。

圖 4 側翻機構

（4）加強筋參數

正常量產模具對壽（shòu）命、強度要求較高，因此型（xíng）麵、主筋、副筋參數較大。小批量模（mó）具因其生產數量少，模具壽命要求沒（méi）有批量模具那麽高（gāo），因此降低模具結構參數標準是可行的。

綜合以上因素，總結歸類具體參數，模具技（jì）術標準詳見表 2。

表 2 模具技術標準表

3.支架 / 胎具的激光切割技術

小批量零（líng）件在生產（chǎn）規劃時（shí），修邊衝孔多數采用激光切割（gē）加工工藝，應用定位支架 / 胎具的結構來實現切割（gē）時的（de）定位。為規避以往的激光切割定位支架 / 胎具重複定位精度低（dī）、製作（zuò）效率低、成本高、不易存放等缺點，可以從設計技術、結構開發、製作工（gōng）藝三方麵來進（jìn）行優化。

（1）設計技（jì）術

①基準統一。定位工裝對零件的定位基準

要與零件的 RPS（定位點係統）文件保持一致。RPS 文件中標明了零件的定位孔和（hé）定（dìng）位麵（miàn），在整車的加工製造（zào）、檢測及模（mó）具、檢具、夾具設計製造（zào）中（zhōng）都應按照 RPS 文件（jiàn）確定的定位係統確定基準點（diǎn），因此在激光切割定位設計時也要遵循這個標準，保持定位係統的一致性（如圖 5 所示（shì））。

圖 5 激光切割支架示（shì）意圖

②回彈校型。由於車身（shēn）鈑金件型麵比較平緩，局部強度（dù）低，尤其是外覆蓋件，零件本身形狀固化強度不足，衝壓完成後，零件型麵或多或（huò）少（shǎo）會出現回彈或塌陷問（wèn）題。為保證零（líng）件（jiàn）在（zài）切割過程中與（yǔ）檢測和裝配（pèi）狀態下一致，需在零（líng）件（jiàn）切（qiē）割部（bù）位增加局部回彈校型結構。

③支撐麵選（xuǎn）取原則。支撐截麵應考慮定位的穩定可靠，以（yǐ）及支架 / 胎具的鋼性和強度。選取原則是盡量靠近工序件的邊緣、避免和修邊線重（chóng）疊或靠近、避免選取在過度圓弧區域等（如圖 6所示）。

圖 6 支撐麵選擇

（2）結構開發

激光切割定位支架 / 胎具采（cǎi）用薄（báo）鋼材插裝結構（如圖 7 所示）, 薄（báo）鋼材厚度為 1.5mm，材料為 Q235。斷麵上以 50mm 為增量 , 每隔100--200mm 設計一個插腳（jiǎo），底板上（shàng）也相（xiàng）應（yīng）地設計（jì）插槽。整個結構先進、合理、緊湊。對於型麵特殊的大型定（dìng）位支架 / 胎具可以（yǐ）考慮設計若（ruò）幹（gàn）個卡板來增強支（zhī）架的強度和（hé）剛性。

圖 7 激光切割插裝結構（gòu）圖

（3）製作工（gōng）藝（yì）

激光切割定位支架 / 胎具完全采用 CAD/CAM 一體化製造技術，使得複雜的三維零件定位問題轉化成了（le）較簡單的二維數控編程問題，降低技術門檻。整（zhěng）個加工可（kě）實現單工序加工，使用激光切割機就可以完成全部的加工。激光（guāng）切割支架（jià）三維圖如圖 8 所示。

圖 8 激光切割支架三維圖示

二（èr）、典型件示例

以某車型側圍外板零件的生產工藝為例，介紹上述（shù）標準的應用。側圍外板總綱領為 200台，采用試製工藝（yì），規劃八工序，一序板（bǎn）料處（chù）理，用激光切割對板料進行成形前預處理（lǐ） ;二序拉延成形，用簡易拉延模具對板料進行成形壓件 ; 三序激光加工，采用激光切割支架定位，對拉延（yán）工序件進行初修 ; 四序手工處理，使用通用墊鐵（tiě）對（duì）工（gōng）序件指定區域折彎 ; 五序（xù）翻邊整形，用簡易模（mó）具對（duì）折彎工序件進行翻邊整（zhěng）形處理 ; 六序翻邊，使用專用翻邊機構對工序件擺放特定角度進行翻邊處理 ; 七序激光加工，采（cǎi）用激光切割支架（jià）對工序件進行精修 ; 八序手（shǒu）工（gōng）處理，對前序翻邊工藝豁口進行補焊修複處理。簡易模具材質采用 HT300，局部工（gōng）作部分進行表麵處（chù）理，此案例選用（yòng）本技術標準即可滿足車型綱領規劃（huá），又可減少生產準備周期，同時能達到降低工裝成本的（de）要求。工序簡圖詳見圖 9。

圖 9 側（cè）圍外板工序簡圖

三、結（jié）論

本文（wén）通（tōng）過對多款小批量汽車衝壓模（mó）具的研究，得出適用於總綱領小於 5000 輛份的模（mó）具技術標準，按此標準既能（néng）體現傳統衝壓生產的經濟性（xìng），又保證了產品的質量（liàng）及穩定性，對汽車定製化的模具開發模式（shì）起（qǐ）到指導作用。

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