车身覆盖件的精度要求及工艺设计的技术

由于车身覆盖件的精度要求高、生产批量大，汽车制造业均采用冲压成形技术进行生产。

冲压成形的材料，产品质量稳定，易于实现自动化生产。覆盖件尺寸较大，形状复杂，多为空间自由曲面，其成形过程涉及几何非线性、材料非线性和复杂的接触与摩擦等问题，在传统的冲压生产过程中，无论是覆盖件模具的设计、制造，还是坯料形状和尺寸的确定，冲压工序、工艺参数的规划，都要设计制造原型，经过多次试生产和多次调试修正才能确定，这是一个试错逼近的过程，造成人力、物力和财力的大量消耗，生产成本高，周期长。

如果有一种技术使得汽车制造工程师在不经过试生产的条件下，能够根据所设计的模具和工艺，预见所选板材在冲压后的成形情况，这将降低生产成本，缩短生产周期，赢得市场竞争。这是1965年当时担任   通用汽车公司商业顾问(BusinessConsultant)的哈佛大学教授B。udiansky提出的设想。他把这项技术称为一个“黑盒子(blackbox)"。Budiansky教授的设想很快引起了学术界和工业界的研究兴趣。几年之后，他所设想的这项技术的轮廓日渐清晰，这就是建立在塑性成形理论和当时刚刚诞生不久的有限元分析(FEA)技术和开始蓬勃发展的计算机技术基础上的薄板成形过程的数值仿真技术。

尽管从60年代末以来，   上己兴起了薄板成形数值仿真的研究热潮，但早期的研究都集中在二维和轴对称情况下的分析，分析的问题都是像半球冲头胀形或平底圆形冲头拉深这样的简单问题，分析方法都是基于薄膜理论(membranetheory)或轴对称理论的二维分析方法，尚不能完成像覆盖件((autobodypanel)这样复杂零件的成形分析。

国内在车身覆盖件冲压成形数值仿真方面起步较晚，但正在迎头赶上。1990年，北京航空航天大学的熊火轮采用ADINA程序，了“分步修正法”来处理板料成形过程中的动态接触条件，从而仿真了宽板拉伸、液压胀形及汽车暖风罩的成形过程。1991年，华中理工大学的董湘怀采用薄膜三角形单元，建立了用于板料成形分析的有限元模型，用“弹性边界层”的方法处理接触边界，并用独立的弹塑性有限元程序对盒形零件和机油收集器的成形过程进行了分析。哈尔滨工业大学的张凯峰采用刚粘塑性本构关系，了粘塑性板壳成形有限元分析程序，并已经工业应用。湖南大学工程软件研究所的李光耀在   自然基金的资助下，开展了冲压成形过程的动力显式有限元分析程序的和研究。清华大学的研究人员了一种“修正的自适应动力松弛方法”，可节省内存，减少计算量，收敛性，还可用来分析一般情况下冲压成形中的起皱问题。吉林工业大学胡平   的研究小组在前人工作的基础上，建立了可合理反映塑性变形导致材料模量软化，并能描述由正交法则向非正交法则光滑过渡的弹塑性有限变形的拟流动理论。用这个理论仿真了圆板的胀形，圆筒件、盒形件、锥形件和红旗488轿车油底壳的拉深等过程，仿真了盒形件拉深过程中法兰部分的起皱，锥形件的拉深过程中侧壁的起皱，并用空单元技术形象地仿真了破裂过程。目前，他们在1998年   自然基金重大项目的资助下，正在从事软件的商品化工作。

改革开放以来，我国轿车工业有了很大发展，形成了   规模的年生产能力，但尚未形成完整而独立的自主能力，总体上仍是处于引进、改进、就地批量生产发展阶段，国内汽车企业在总体设计和制造技术方面，仍远远落后于。尤其是不具备设计和制造大型覆盖件模具的能力，缺乏覆盖件成形工艺设计的技术和经验积累。

覆盖件冲压成形是一个高度非线性的大变形弹塑性复杂过程，对这一过程进行动态仿真研究需要大量的财力物力投入，需要学术界和汽车工业界的密切合作。国内的一些汽车企业为了提高企业的市场竟争力，减少试错逼近的试模环节，降低生产成本，缩短生产周期，开始与高校合作，展开了覆盖件冲压成形动态仿真的工业应用研究。1996年，一汽集团、上海大众、上海宝钢等单位和上海交大汽车工程研究所相互合作，开始了覆盖件冲压成形动态仿真的工业应用探索，先后完成了小红旗轿车、Santana系列轿车等若干覆盖件的冲压仿真分析与试验分析，开展了汽车板成形性能等方面的研究。