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高强度板汽车零件的工艺设计和模具开发

摘要：随着汽车保有量的不断增大，环境污染和能源短缺等问题也越来越严重。人类为了可持续发展，必须高度重视环保和节能问题，而通过汽车轻量化，可以实现节能减排，其中高强度钢板一种常见的轻量化方法。为此，本文对高强度板汽车零件的工艺设计和模具开发设计进行了相关的探究。

关键词：高强度板；工艺设计；模具开发

现代汽车的结构、性能及技术方面正朝着减重、节能减排及安全方向发展。而汽车的质量与能耗之间成线性关系，相关资料显示，每降低1%的汽车质量，则随之可降低0.6%?1.0%的燃耗，能耗也和尾气排放的关系十分密切。所以，为了节能和环保，汽车可以适当轻量化。为了可以满足现代汽车制造的要求，板料供应商设计开发了强度高、成型性好的高张力钢板。而板料性能却是影响汽车零件成型性能和以及模具使用寿命的主要因素，同时板料强度的大幅提升也对冲压工艺与模具开发提出了更高的要求。基于此，下文进行相关研究分析。

1高强板汽车零件的冲压工艺设计

1.1拉延

拉伸深度应尽可能均匀。针对断面深度不同的零件，相较于普通钢板，高强钢板采用的拉延深度应更深，使最深断面处的材料可以满足流动要求。

高强度钢板的延伸率较低，针对某些材料/产品，可以采用压型成型，比如车门的防撞梁等。虽然可能会减小回弹，但是却使制件的扭曲风险提高了。对于高强度钢板零件，需要尽可能一次成型，否则，由于应力强化致使二拉或整形较易产生破裂、回弹或扭曲，进而使形状不理想。

为了防止压边圈起皱、充分成型，在拉伸高强钢板时，应适当增大压边力。若压边力过小则可能会使压边圈起皱，甚至顶起整个压边圈，进而消除流料约束力。

锌铁合金不能作为钢板的软模材料，建议采用铸铁或45#钢板。

针对地板横梁、顶盖加强梁、中柱加强板及前仓纵梁等零件，应考虑采用落料后成型工艺。

如果高强钢板的形状变化严重或侧壁强度的均匀度不高，则应采用拉伸成型工艺，并配合修边工艺。

在翻边和压型模的相关零件工艺设计中，回弹补偿角应为3?6度。

应尽可能减小翻边模零件的凸模圆角，考虑到不同的材料强度，一般采用料厚的1?2倍作为R角。

若制件形状不均匀，在残余应力的作用下，压型会产生扭曲或回弹，所以，雁考虑型面补偿，经过几轮试模后，再测量制件，重新修改数模，并进行加工调试。

2高强度板汽车零件的冲压模具开发

2.1高强板汽车冲压模具的开发设计

2.1.1拉延模的冲压模具的开发

由于高强度钢板具有较厚的料厚，所以需要很大的压边力和成型力。设计模具时，布置的气顶杆或氮气缸应足够，且应预先检查机床的成型力。

若高强钢板料厚比2毫米大，则不需要布置拉延筋，若有需要则应适当增大拉延筋的圆角。

与板料强度对应，模具材料也应具有足够高的强度，凹模采用镶块结构。通常需要特殊处理外板拉延模表面，比如渗氮和镀珞等。

开发设计模具时，应考虑回弹处理，包括重新加工镶块垫片及更换镶块等。

2.1.2压型翻边模的开发设计

对应于压型和翻边模的零件设计，其回弹补偿角应为3?6度。

由于翻边成型存在侧向力，故应将镶块镶在铸件体内或设计挡墙。

翻边间隙应比1个料厚小。可采用包角翻边处理回弹。

2.1.3修边模的冲压模具开发设计

采用修边波浪刃口降低冲裁力。

修边角度应比普通钢板小5?10度。

适当提高镶块材料与模具强度。

在调试拉延和成型模具时，压边力和成型力应尽可能大，可尽量放大拉延筋与凹模的圆角，以防制件破裂或压边圈起皱。

调试高强钢板回弹模具时，应尽量采用非手工的回弹改善方法。

验收高强度钢板的模具和制件时，验收标准最好为装车效果，不需要过分关注制件的合格率。反复修整不仅无法满足零件的合格要求，而且还会降低模具寿命，有时模具甚至会报废。

3应用计算机辅助技术

目前，计算机辅助技术已经变为汽车行业新产品的开发、规模生产及市场竞争力提高的重要技术。随着有限元技术和的理论快速发展，通过有限元模拟软件，既能指导材料的选取和上游零件的设计理念，还有助于模具制造企业的工艺性制定及现场调试。通过指导上游产品的设计，实现了模具开发和产品设计的同步，大幅减小了汽车的制造周期，从而使汽车制造企业的竞争力得以增强。通过指导模具的工艺制定，让设计人员可以掌握零件的工艺性能，将调试人员的作用弱化，还减少了工作量。

由于高强度材料具有强度高、成型难的特点，而且容易开裂、起皱或回弹等。通过计算机辅助模拟技术，可以预测零件成型或后序中的缺陷，通过修改零件的工艺设计，可以消除这些缺陷。

右/左前纵梁钢板零件属于中低强度类，较难成型，极易发生扭曲或回弹，在翻边时，在圆角处较易发生开裂，借助于板成形模拟软件，实施全工序的计算机辅助模拟，获得了如下结果：

由于产品具有较低的延伸率和较硬的材料，在圆角处，因缺料而