冲压件成形性分析及加工方法

当今世界各国都将汽车工业作为国民经济的支柱产业之一。衡量汽车特别是轿车工业发展水平的重要标志是新车型的自主与设计能力。汽车覆盖件与发动机、底盘一起构成汽车的主要部件，其设计水平、制造质量是决定汽车产品市场竞争力和市场寿命的主要因素之一。在新车型车身的研究到投产整个周期中，汽车覆盖件的模具设计、制造与调试的时间较长，投资较大，这已成为制约新车型生产的一个极为重要的因素。采用计算机仿真冲压成形分析技术则能够在制造模具之前，通过参数模拟，使模具结构设计达到较优化，从而能够程度地提高模具质量和产品合格率，缩短模具调试周期，进而可以大幅度缩短新车型周期，降低整车成本，增强产品的市场竞争力。

在汽车车身制造中，约70%的零部件是采用冲压成形的方法加工的，冲压件模具的设计与制造直接影响到产品的质量与成本。当前，世界各国汽车工业相互竞争日益激烈，对于车型美观程度的要求越来越高，这必然对汽车覆盖件成形技术提出的要求。而覆盖件尺寸较大，形状复杂，多为空间自由曲面，成形过程涉及几何非线性、材料非线性、边界非线性和复杂的接触摩擦等问题。在冲压过程中，零件的成形质量对原材料的成形性、坯料的几何形状及定位、冲压方向、拉延筋的形式及布局、摩擦润滑条件、压边力的大小等许多因素都有着的要求。如果加工过程不当或模具设计不合理，很容易出现成形件破裂、起皱或其它缺陷。为了避免这类成形缺陷，通常需要修改成形工序、工艺参数甚至修改模具结构。传统的冲压技术过分依赖于经验，在生产过程中，无论是覆盖件模具的设计制造、坯料形状和尺寸的确定，还是冲压工艺的规划，都是一个调试、修模，再调试、再修模的试错逼近((trial-and-error method)的过程，不仅模具周期长，成本高，而且产品质量不容易。随着世界汽车工业的发展，冲压零件的精度要求越来越高，产品的更新换代周期越来越短，传统的设计方法已经明显不能适应现代汽车工业的发展要求。

由于冲压件成形性分析CAE技术具有基础性、前沿性、战略性和保密性的特点，不可能随着购买和引进的硬件设备和软件产品而获得的技术。一些汽车制造强国都很重视单独自己的CAE技术，并且在车型改型和模具制造上都已普遍采用了此项技术。近二十年来，随着计算机技术的发展，板材冲压成形技术的数值研究取得了很大进展。以有限元法为主体的数值模拟方法已与CAD/CAM系统相结合，形成模具设计、分析与加工一体化的CAD/CAE/CAM集成化系统，可以缩短模具的设计与调试周期，降低模具加工成本，提高产品质量与市场竞争力。

目前，我国许多汽车厂家虽然采用了模具CAD/CAM技术，使模具的设计和制造质量有了程度的提高，但在CAE技术的应用方面还存在着严重的不足。在实际的模具制造和试生产之前，无法对模具的合理性提前进行检验和成形过程预示，将调试、修模中的问题解决于模具制造之前。尤其是对大型汽车覆盖件冲压成形过程中的回弹以及补偿的研究和预测目前还处在初级阶段。08年金融危机，美国汽车市场萧条，我国大有取代美国成为世界一汽车消费大国的趋势，这对我国的汽车工业是挑战也是机遇。为了提高我国汽车制造业的自主和制造能力，保护民族工业，提高国产汽车产品质量、降低生产成本，提高竞争力，利用计算机CAE技术进行汽车覆盖件冲压成形及回弹的仿真分析，用以优化工艺参数的方法的研究，具有极为重要的学术价值和经济意义。