试论三维数字化与冲压模具设计

赵岩 郭洵

沈阳来金汽车零部件有限公司

试论三维数字化与冲压模具设计

赵岩 郭洵

沈阳来金汽车零部件有限公司

交通的便捷令人们对汽车的需求持续增加，而汽车安全则成为人们愈来愈关心的话题。汽车冲压模具作为汽车生产开发上市前的重要环节工具，也需要不断地更新与创造，结合数字化的汽车冲压模具无疑使汽车生产检测环节更加精确，提升了汽车的安全性能与质量。

汽车冲压模具 数字化开发 技术流程

在汽车车身生产活动中心，冲压模具的有优点十分突出，其特点在于质量高、效率高，节约资源，不仅可以使汽车零件加工的质量要求得到满足，同时企业的生产成本也得到降低，产品生产更加高效，因此对于汽车制造领域而言有着十分重要的应用价值。在汽车车身制造中，这一工艺装备非常重要，这是决定车身质量的关键。而数字化技术的应用则将传统板料成型特点进行了改变，尤其是汽车冲压件的设计，而数字化开发优势数字化技术的核心，通过数字化开发，汽车冲压模具设计与制造在成本、效率上都得到了极大的提升。因此我们非常有必要对此展开研究，并提出更好的改进方法，为提高车身制造质量与效率提供强有力的保障。

一、汽车车身冲压模具的分类

汽车车身覆盖件的成形通常就是使用拉延和成形的复合模。冲模结构根据零件形状和压力机类型而定，但主要使用双动拉深模或反向拉延模。冲裁模通常就是落料和冲孔复合模，有时也受零件形状或工序数的限制等含翻边模成为组合模具。为了保证模具质量及延长寿命，要解决好冲模变形部分的问题。弯曲成形按成形方法分为挤压成形和剪切成形。随着我国汽车工业的发展，尤其轿车的开发，提高汽车车身制造水平和质量已引起人们的重视。影响汽车车身制造水平和质量的原因就是多方面的(如原材料、产品设计、附配件、制造和检测、工装设计与制造等)。我们认为提高汽车车身的制造技术水平和质量，应把各方面的因素作为车身制造技术的系统工程来研究。在整个汽车车身制造系统工程中，冲压就是基础，在冲压件制造水平低，质量差的条件下，焊装和涂装工艺再先进，也不能生产出高质量的车身。

二、汽车冲压模具数字化应用

尽管非接触式三维测量系统能得到非常密集的点云，但并不是所有的数据点都能用于曲线、曲面重构。过多的数据点会导致计算机运行、存储和操作的低效率，生成曲线、曲面模型需要消耗更长的时间，对硬件和软件的要求也更高。同时，过于密集的点云会直接影响重构所得曲线及曲面的光顺性，而光顺是对汽车冲压产品的主要要求之一。为避免上述问题，就需要删除部分测量数据，即对数据点云进行精简处理。常用的数据点云精简方法有Martin等提出的均匀方格法，广泛用于图像处理；Chen等提出的减少三角网格数目从而删除部分数据点的方法，该方法需首先生成STL模型，适用于排列规则的测量数据；均匀法、曲率法等也常常用于大量数据点云的精简处理。

三、汽车冲压模具数字化开发

汽车冲压模具数字化开发技术是一种新方法，它通过分析汽车冲压件产品在生产过程中常会出现的拉裂和起皱两个成形缺陷产生的机理，根据数字化开发的理论背景知识，为数字化开发技术的应用打下了理论基础。由汽车冲压模具数字化开发能够建立起模具数字化数据库，可直接利用CAD/CAM/CAPP/CAE等多种计算机辅助技术，实现模具的高精度修复、标准化成批生产及新模具开发等功能，既节省大笔生产制造费用，又能节约模具备件的准备、减少库存，还可以极大提升进口模具的国产化进程，对汽车制造企业有重要意义。用于工程分析（CAE）或汽车冲压模具三维测量中不可避免地会引入数据误差，尤其是尖锐边和特征边界附近的测量数据。测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面，所以应对原始测量数据进行预处理，主要包括噪声点去除、数据点精简、数据光顺等步骤。

（一）汽车冲压模具数字化开发重点

在汽车冲压模具数字化开发的过程中，有以下几项重点。第一，冲压是车身的基本组成部分，其质量优劣对整车性能的影响十分明显。而拉延工艺的好坏又直接影响到整个冲压的质量。利用数字化设计技术可以方便的实现拉延工序数模的制作以及修改。第二，针对数字化分析中常出现的问题，通常可以依次采取以下方式进行设计修改：冲压工艺设计、工艺补充面、拉延筋、材料、产品设计变更。第三，零件不同，数字化分析的着眼点和数字化设计难易程度也不同：外板件要求材料完全胀形变形以满足刚度要求，而不产生破裂、滑移，但各工序的模具设计较简单；内板件对次应变要求不严格，但工序模具设计较复杂。第四，数字化分析与设计技术之间相辅相成。分析结果指导设计工艺修改，甚至是产品设计变更；数字化设计好坏取决于分析能否达到要求，最终决定了模具设计的好坏。

（二）汽车冲压模具数字化开发注意事项

由于光学测量仪由于其自身的特性，测量过程中易受外界光线的干扰而产生毛刺点、跳点；测量仪器在拍摄过程中由于镜头、支架的抖动等因素会产生干扰点；测量实施时由于周围物体的影响会产生不属于被测物体上的数据点。以上得到的异常数据点称为噪声点（Noise）。噪声点的存在会干扰后续的曲面重构，同时大量噪声点的存在也影响到后续处理的效率，因而必须予以去除。为使经拟合得到的曲线或曲面具有良好的品质，对数据点进行光顺处理很有必要。光顺处理实际上是在误差范围内按某一准则对数据点进行调整，由用户根据实际使用要求确定误差。如果对精度要求较高，则允许的误差小一些；如果对光顺要求不高，则可将误差放大一些。常用数据点的光顺方法有曲率法、回弹法、最小二乘法、能量法、基样条法、磨光法等，各种光顺方法的主要区别在于不同的目标函数以及每次调整型值点的数量。

四、结语

本文通过对汽车车身冲压技术的问题分析，进一步确定了冲压技术在汽车车身中的重要性。冲压模具在汽车车身的生产活动中具有优质、高效和节材节能特点，一方面能满足汽车零件加工质量要求，另一方面还能降低企因此，在汽车制造的后续发展中，要加强车身冲压技术水平的提高，促进汽车制造业的发展。

[1]刘英海.国外汽车冲压技术汽车工厂设计[J].企业文化，2016.

[2]李延录.汽车车身覆盖件冲压工艺现状及发展[J].汽车工艺与材料，2015.