側(cè)圍模具開發(fā)中模面精細(xì)化技術(shù)的應(yīng)用研究

毛興寬

摘 要：汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨于飽和，新車型的開發(fā)速度也就越來(lái)越快。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該積極引入側(cè)圍模具開發(fā)技術(shù)，提高模面的精細(xì)程度，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)化管理，持續(xù)優(yōu)化模具的開發(fā)進(jìn)程，有效縮短開發(fā)周期，持續(xù)降低車輛企業(yè)的運(yùn)行成本?；诖?，本文將主要論述側(cè)圍模具開發(fā)中模面精細(xì)化技術(shù)的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：側(cè)圍模具;模面精細(xì)化技術(shù);應(yīng)用研究

0 引言

模面技術(shù)作為汽車覆蓋件設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，其模面的精細(xì)程度決定著整體車輛的質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合側(cè)圍模具開發(fā)技術(shù)，引入網(wǎng)格模型管理，以仿斷模面的優(yōu)劣，綜合應(yīng)用CAD技術(shù)，加快前期的數(shù)據(jù)耦合速度，并通過(guò)有限元數(shù)值分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)整體的模具精細(xì)化管理。

1 側(cè)圍模具開發(fā)中模面精細(xì)化技術(shù)的概述

目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，對(duì)車型也有多元化的要求。側(cè)圍模具占據(jù)著車輛的主體，與一般的沖壓件相比，側(cè)圍模具的尺寸結(jié)構(gòu)較大，形狀復(fù)雜，對(duì)尺寸的精度以及表面質(zhì)量較高，管理人員應(yīng)該綜合模面的具體變化，保證各點(diǎn)受力均勻，在符合流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，最大程度上提高車輛造造型的美學(xué)價(jià)值，保證車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

國(guó)內(nèi)大部分模面設(shè)計(jì)采用UGII進(jìn)行基礎(chǔ)構(gòu)建，通過(guò)一個(gè)曲面作為壓料面，再進(jìn)行后續(xù)的輪廓線提取，在邊緣線與壓料面之間形成截面線，這種模具的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單高效。但存在著一定的缺陷，管理人員應(yīng)該綜合考量側(cè)圍模具的實(shí)際價(jià)值，有效降低前期的工作量，實(shí)現(xiàn)整體層面上的參數(shù)化設(shè)計(jì)，在減少物料的基礎(chǔ)上提高內(nèi)部質(zhì)量，并通過(guò)網(wǎng)格化的建模方式，快速定位、調(diào)整參數(shù)的快速，以寬度，高度，半徑，角度等重要參數(shù)入手，完成多角度的側(cè)圍模具精細(xì)化管理。

2 側(cè)圍模具開發(fā)中模面精細(xì)化技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 精細(xì)化管理存在難度

我國(guó)模面生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)體系形成較晚，側(cè)圍模具的設(shè)計(jì)與制造成為了阻礙我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸[2]。精細(xì)化管理更是汽車生產(chǎn)中的一個(gè)難點(diǎn)，主要問(wèn)題在于缺少數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，模具的沖壓質(zhì)量不穩(wěn)定，表面易受到磨損，需要反復(fù)試驗(yàn)后才能投入市場(chǎng)。增加了車輛企業(yè)的隱形成本，同時(shí)也降低了在消費(fèi)者心中的口碑，國(guó)內(nèi)大部分車輛廠商需要進(jìn)口材料，車輛成本居高不下。

2.2 生產(chǎn)水平與市場(chǎng)要求不符

精細(xì)化的模具生產(chǎn)需要在高沖擊力、高載荷力的狀態(tài)下集中工作，而長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度工作，很容易因?yàn)槠趯?dǎo)致側(cè)圍模具產(chǎn)生的局部永久性形變或破裂失效，嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的模具的使用體驗(yàn)。此外，消費(fèi)水平不斷提高，消費(fèi)者對(duì)于汽車質(zhì)量的要求也趨向于多元化、集約化，現(xiàn)有的模具設(shè)計(jì)流程已經(jīng)不能滿足消費(fèi)者的具體要求，因此模面精細(xì)化技術(shù)至關(guān)重要。

2.3 模具結(jié)構(gòu)的研合率較低

研合率是模具驗(yàn)收的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，在模具驗(yàn)收時(shí)一般要求研合率達(dá)到90%以上方為合格。部分商家為了提高研合率，大規(guī)模應(yīng)用補(bǔ)償和強(qiáng)壓措施以，以防止模具變形，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，模具使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致研合率快速下降的問(wèn)題，需要后期鉗工進(jìn)行調(diào)試，加大基礎(chǔ)的工作量。部分消費(fèi)者對(duì)研合率掌握程度不夠，一旦發(fā)生問(wèn)題不能預(yù)判可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，導(dǎo)致模面精細(xì)化技術(shù)往往達(dá)不到預(yù)期質(zhì)量。

3 側(cè)圍模具開發(fā)中模面精細(xì)化技術(shù)的應(yīng)用措施

3.1 綜合考量多種影響因素

側(cè)圍模具作為汽車車身的重要組成部分，主要起著覆蓋車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效提高車輛外在形象的作用。側(cè)圍模具作為車輛的門面，對(duì)質(zhì)量要求嚴(yán)格而多元。因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行前期的設(shè)計(jì)管理時(shí)，應(yīng)該綜合考量消費(fèi)者的真實(shí)意愿，保證整體尺寸、厚度與市場(chǎng)主流審美保持一致，綜合車輛的翼子板、前蓋等基礎(chǔ)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)整體形象的搭配，并滿足間隙面差的基本要求。比較側(cè)圍模具機(jī)構(gòu)的受力關(guān)系，利用顯示屏對(duì)側(cè)圍模具進(jìn)行線性的掃描，以直流信號(hào)系統(tǒng)來(lái)綜合測(cè)量側(cè)圍模具的應(yīng)力。綜合波形特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了模面精細(xì)化技術(shù)集成測(cè)量的目的。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比形成一個(gè)完整的3D側(cè)圍模具數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)模面精細(xì)化管理體系的自動(dòng)錄入、檢驗(yàn)、輸出。

例如，在設(shè)計(jì)人員要綜合車輛的具體形態(tài)與受眾人群，動(dòng)態(tài)調(diào)整車門與側(cè)圍模具之間的間隙差，充分展現(xiàn)出車輛本身的外在形態(tài)，提高模面的精確度。綜合應(yīng)用CAE技術(shù)，有效解決模具拉伸、起皺的質(zhì)量問(wèn)題[3]。并做好前期的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，通過(guò)計(jì)算機(jī)持續(xù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化，在模面精細(xì)化預(yù)案成熟之后才能進(jìn)入下一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)大大減少安全實(shí)驗(yàn)次數(shù)，幫助持續(xù)企業(yè)改善側(cè)圍模具的質(zhì)量，從根本上提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 引入有限元分析計(jì)算

利用有限元以節(jié)點(diǎn)位移、未知量進(jìn)行建模分析，并綜合應(yīng)用矩陣階數(shù)與單位等效方程，根據(jù)變分原理，取得側(cè)圍模具函數(shù)的極值，保證模面結(jié)構(gòu)能夠持續(xù)離散化。離散化作為有限元方程的核心思想，離散方程將連續(xù)的模具分割成單一的微小單元，單元與單元之間通過(guò)固定的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，其外觀上有特定的網(wǎng)絡(luò)形狀。因此相關(guān)人員可以進(jìn)行等效的計(jì)算，減少工作步驟。考慮側(cè)圍模具材料的彈性，擬合建立等效方程，并采用系統(tǒng)方程求解的方法。有限元方式的也存在弊端，一旦側(cè)圍模具質(zhì)量本身較大，虛擬速度虛擬動(dòng)量以指數(shù)型增長(zhǎng)，導(dǎo)致建模結(jié)果與真實(shí)值存在著一定的偏差，近似精度不足。設(shè)計(jì)人員要不斷協(xié)調(diào)二者在生產(chǎn)之間的矛盾，盡可能的提高成形的側(cè)圍模具精度，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，減少計(jì)算機(jī)的計(jì)算時(shí)間，強(qiáng)化側(cè)圍模具壓強(qiáng)影射的不確定分析。綜合支撐結(jié)構(gòu)的變形，建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用橢圓積分推導(dǎo)側(cè)圍模具不同情況下的研合率，最后通過(guò)有限元方法證明所建模型的正確性，減少模面精細(xì)化技術(shù)在實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的誤差。

例如，設(shè)計(jì)人員可以引入隱式方程，依據(jù)動(dòng)力松弛的原理，優(yōu)化模面精細(xì)化技術(shù)，經(jīng)過(guò)大量的迭代計(jì)算，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行臨界值的模擬，快速擬合出測(cè)模側(cè)圍模具動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)對(duì)屈服強(qiáng)度與彈性塑體的動(dòng)力水平分析，相關(guān)人員應(yīng)該準(zhǔn)確分析側(cè)圍模具內(nèi)部耦合關(guān)系，建立以彈性模量、屈服極限、硬化模量為主要特征參數(shù)的有限元模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)圍模具的極限精度管理，合理將將屈服的邊界應(yīng)力空間想象成為一個(gè)曲面，如果應(yīng)力狀態(tài)在曲面之間材料仍處于彈性狀態(tài)，一旦應(yīng)力狀態(tài)超過(guò)屈服面，則材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。綜合冪指數(shù)硬化彈塑性模型與HILL彈性模型計(jì)算出，以側(cè)圍模具為主應(yīng)力的平面等效應(yīng)力。

3.3 強(qiáng)化網(wǎng)格計(jì)算在側(cè)圍模具中的開發(fā)

側(cè)圍模具作為汽車車身的重要組成部分，科技人員用明確具體的參數(shù)管理通過(guò)三維模式圖，分析側(cè)圍模具在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，做好前期的參數(shù)管理，積極引入微元法進(jìn)行精細(xì)化管理。同時(shí)作為設(shè)計(jì)人員也要不斷提高自己的專業(yè)技能，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向。不斷簡(jiǎn)化計(jì)算，減少網(wǎng)格數(shù)量，提高模具的耦合程自動(dòng)分析數(shù)據(jù)存在的偏差，實(shí)現(xiàn)有效的模具精細(xì)化管理。

例如，在模具制造過(guò)程中要制定好相應(yīng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，綜合考量側(cè)圍模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖掌握側(cè)圍模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和用途，以用途推測(cè)結(jié)構(gòu)，綜合考慮客戶要求，明確尺寸公差以及表面活性。綜合應(yīng)用熱處理，冷處理等方法，提高側(cè)圍模具制造精度，同時(shí)在保證模具質(zhì)量的前提下，最大限度地降低成本，不斷擴(kuò)大側(cè)圍模具的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用范圍。

3.3.1 網(wǎng)格數(shù)量

網(wǎng)格數(shù)量作為有限元的基礎(chǔ)影響模式，管理人員應(yīng)該強(qiáng)化網(wǎng)格劃分詳細(xì)程度與生產(chǎn)時(shí)間的反比例關(guān)系，分析效率與精度之間的利弊關(guān)系，在完成工期的基礎(chǔ)上，細(xì)化網(wǎng)格程度以，保證側(cè)圍模具的精準(zhǔn)度。

3.3.2 網(wǎng)格密度

網(wǎng)格分布不均勻，網(wǎng)格密度也比較分散，幾何特征多的區(qū)域，應(yīng)力相對(duì)集中，因此管理人員需要綜合進(jìn)行局部細(xì)分，保證側(cè)圍模具整體結(jié)構(gòu)規(guī)則有序，突出重點(diǎn)，通過(guò)合理分配有限的網(wǎng)絡(luò)資源，完善網(wǎng)格細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)側(cè)圍模具的細(xì)節(jié)優(yōu)化。

3.3.3 網(wǎng)格基本單元選擇

就基礎(chǔ)的模具結(jié)構(gòu)而言，一般常用四面體六面體或者是混合體，我國(guó)目前的技術(shù)四面網(wǎng)格劃分技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而六面體的網(wǎng)格能力劃分有待提高。于四面體相比六面體網(wǎng)格劃分難度較大。因此設(shè)計(jì)人員在選擇時(shí)最好以四面體為基礎(chǔ)，在細(xì)節(jié)方面融入一定的六面體網(wǎng)格劃分，實(shí)現(xiàn)模面精細(xì)化管理。

3.3.4 模具接觸設(shè)置

側(cè)圍模具會(huì)出現(xiàn)大量的接觸行為，設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)模型定義，以接觸類型為標(biāo)準(zhǔn)，分為單面接觸、點(diǎn)接觸、線接觸等等。對(duì)不同接觸類型施加特定的外界人工干預(yù)手段，綜合以模具的凹凸性質(zhì)、圓角關(guān)鍵因素入手，持續(xù)優(yōu)化接觸的類型。

3.4 形成模面精細(xì)化的閉環(huán)控制

設(shè)計(jì)人員要對(duì)側(cè)圍模具進(jìn)行量化分析，通過(guò)數(shù)字化的指標(biāo)，分析模面精細(xì)化技術(shù)質(zhì)量，規(guī)避側(cè)圍模具生產(chǎn)中存在風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)避項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的最根本措施，還是需要計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成項(xiàng)目，在開展的每一個(gè)階段都順利進(jìn)行，基礎(chǔ)人員要各司其職，盡心自盡責(zé)，做好每一項(xiàng)任務(wù)，堅(jiān)持模面精細(xì)化管理的核心目標(biāo)，合理下達(dá)分配管理任務(wù)，將責(zé)任切實(shí)落實(shí)到每個(gè)部門的員工，定期對(duì)側(cè)圍模具進(jìn)行質(zhì)量安全檢驗(yàn)。形成模面精細(xì)化技術(shù)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)側(cè)圍模具參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，完成全自動(dòng)化的啟動(dòng)關(guān)閉，保證模面精細(xì)化技術(shù)不斷發(fā)展。

例如，工作人員要利用數(shù)據(jù)的集成標(biāo)準(zhǔn)，將處理，交流等基礎(chǔ)功能聯(lián)系起來(lái)，設(shè)側(cè)圍模具的屈服極限為σs，t1為柔性梁的寬度，則A處不發(fā)生塑性變形的最大彎矩為自變量，則施加在導(dǎo)向梁上的力為FS≤2MAl1+l2=4MAL，通過(guò)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)，保證側(cè)圍模具的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)側(cè)圍模具的二次應(yīng)用研發(fā)，并鼓勵(lì)基層主動(dòng)發(fā)布檢驗(yàn)任務(wù)，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為事件，納入后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中。并根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)側(cè)圍模具對(duì)進(jìn)行綜合評(píng)估，強(qiáng)化極限強(qiáng)度、使用技術(shù)條件的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用科技化手段將消費(fèi)者的真實(shí)需求轉(zhuǎn)化為側(cè)圍模具技術(shù)參數(shù)，構(gòu)建3D模擬平衡體系，以參數(shù)的動(dòng)態(tài)化管理，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)機(jī)制，以動(dòng)態(tài)化、平衡化的方式來(lái)保證側(cè)圍模具生產(chǎn)順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)模面精細(xì)化技術(shù)的快速應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

目前汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，汽車廠商為了占據(jù)大量的市場(chǎng)份額，滿足消費(fèi)者的多樣化要求，必須要持續(xù)調(diào)整汽車的側(cè)面模具，在傳統(tǒng)的外形基礎(chǔ)上引入獨(dú)特的造型走線，通過(guò)模面精細(xì)化技術(shù)，推動(dòng)大規(guī)模側(cè)圍模具的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫曉，陸騰君.卡車側(cè)圍模面成形仿真及模面設(shè)計(jì)優(yōu)化研究（上）[J].鍛造與沖壓，2017（12）：54-56.

[2] 王瑜.淺談模面工程[J].鍛造與沖壓，2016（22）：67-72.

[3] 沈現(xiàn)青，黃昭明，陳森林，等.基于CAE技術(shù)的轎車前圍板全工序模面設(shè)計(jì)方法[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，17（1）：14-18.