汽车覆盖件冲压模具的结构优化与分析

汽车产业竞争激烈，突出表现在新车型的和制造能力方面，要求做到新车型能及时推向市场、广泛适应客户需求和低生产成本，在很短的时间内研究、并制造出的汽车。为了缩短新车型周期、降低成本，汽车厂商大多在同一个底盘上修改汽车外表件而产生新的车型，因此汽车的更新换代在很大程上取决于车身。这就要求加快汽车覆盖件模具的设计和制造。构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件称之为汽车覆盖件。一般车身的覆盖件达70~110件，在“车型设计、模具设计与调试、汽车批量生产”的整个周期中，覆盖件模具的设计与制造工作约占2/3的时间。在制造费用上，汽车覆盖件占整个汽车制造费用的70%以上。新车型的推出需要有大量的覆盖件模具重新。

长期以来，学者和工程技术人员在板料成形数值模拟和模具的分析优化方面作了大量的工作。但是对于复杂、质量要求高的覆盖件模具，设计出来的模具很大程度上取决于设计人员的经验和水平，往往不能满足产品的技术要求，特别是成形质量要求高的轿车外覆盖件更是如此。因此目前我国在大型汽车覆盖件模具的设计制造方面仍部分依赖外国的技术支持。其次，由于汽车工业对轻量化、、低排放、低成本及燃料经济性的要求越来越高，钢板将的应用到汽车车身上来。

板料成形，从力学角度而言，是一个同时包含几何非线性(大位移、大应变)、材料非线性(弹塑性、弹粘塑性、各向异性)、边界条件非线性(接触和摩擦)的非常复杂的力学过程。板料成形数值模拟研究始于上世纪60年代。早期研究采用有限差分法，所分析的问题都是象圆板液压胀形、半球形冲头或平底冲头下的胀形和拉延成形这样的较简单问题。

传统的冲压模具结构设计要依据各企业的压力设备、设计规范和准则，结合模具设计员的经验，并没有特别关注模具的受力和变形情况。实际中低碳钢冲压模具受力情况不恶劣，模具设计的比较保守(系数取得较大)，再加上传统低强度钢板的成形性好，模具的微小变形对材料成形影响很小，所以关于冲压模具结构分析的研究并不多见。现有的关于模具结构优化研究多集中在对工艺参数的优化上，如优化板料形状和尺寸、压边圈形状、压边力大小、拉延筋、凸凹模具圆角，很少有对结构形式本身的优化设计。

冲压模具，特别是汽车覆盖件冲压模具通常体积大而且结构复杂，冲压模具结构分析面临如下难题

(1)在建模方面，冲压模具尺寸大、结构复杂，有限元模型的精度和求解规模的平衡是一个大问题；

(2)冲压成形过程中变形板料和模具之间的接触状态复杂，冲压模具实际受到的载荷信息难以准确获得；

(3)在模型确认方面，因为冲压模具价格昂贵，实验耗时、耗资巨大，而且到目前为止没有切实可行的测量方法；

(4)实际生产中随机因素不可避免，工艺波动对模具结构受力的影响复杂。