汽车冲压件

汽车车身冲压的新技术和发展趋势

摘要：当今汽车制造业已进入了发展新阶段，尤其是汽车车身冲压的制造工艺水平的不断进步，在很大程度上对汽车制造质量和成本产生直接而重要的影响。模块化冲压技术、新模具材料、特种冲压成型，尤其是计算机辅助技术极大促进了冲压技术的发展。随着制造业、汽车工业全球化、网络化和虚拟化的不断深入，汽车冲压工艺技术和模具技术的发展已与先进制造技术、智能技术、电子信息及计算机集成技术等众多学科相互交叉、紧密结合。本文主要介绍目前汽车车身冲压工艺中的最新技术，并结合实际对冲压工艺的发展趋势进行阐释。

1．前言

当今世界汽车行业普遍认为，汽车车身冲压成形技术是汽车制造技术的重要组成部分，每一次汽车车身的更新换代都需要开发相应的专用模具和增加必要的生产线。因此在冲压生产中，如何提高冲压生产效率、降低生产成本，正确选取和采用新设备、新材料、新工艺等是冲压技术中的主要课题

众所周知，汽车车身的金属件几乎100％为冲压件，而且汽车车身的更新换代速度快。这就决定了冲压成形技术在汽车产品的开发中不仅影响制造周期，还直接影响成本和产品品质。汽车车身冲压成形技术的关键是冲压工艺与模具技术。冲压工艺的合理与否决定了模具调试的难易程度；模具设计决定了模具制造的难易程度及制造管理过程，因而直接影响模具制造成本和周期。

尽管国内外已通过长期的实践积累了大量的经验，形成了较系统的设计制造规则和方法，但新技术的出现仍可能为冲压工艺和模具技术的重大变革带来机遇。特别指出的是，以CAD／CAE／CAM 为特征的计算机技术在冲压成形中的应用不仅能引起传统工艺流程在周期、成本和品质方面的变化，而且使一些以前难以实现的工艺设想可能成为现实，根据目前国际汽车冲压和模具技术的发展趋势，已经形成了包括模具设计和冲压技术模块化、新材料及复合材料冲压加工工艺、计算机模拟冲压成形及虚拟试模技术、特种成形技术和模具制造技术等重大课题。因此，我国汽车业要想在新的国际变革中站稳脚跟，就必须对此认真加以研究。

2．模具设计和冲压技术模块化

2．1模块化模具设计

汽车车身零件虽然千差万别，但同类零件在尺寸大小和结构特征上一般是相近的，同一类模具的结构特征也是类似的。通过分析模具的结构特征，模块化模具设计将模具划分为模具模架、成形工作部件和基础件等模块，根据其复杂程度采用不同的制造方法，通过并行工程加快设计制造速度。模块化模具设计考虑到模架的通用性，建立常用汽车车身件模具模架库，将常用的汽车车身模具的模架按照规格型号的大小分为大、中和小三个等级，一个车型的大部分大型模具，只要有这三种类型的模架即可。这样不仅可大大减少设计制造的工作量，还可降低设计制造成本。

2．2模块式冲压技术

模块式冲压是最近几年发展起来的新兴技术，一般模块式冲压加工系统由一台带有控制功能模块式冷冲压的压力机、卷材带材送进装轩、带材矫正机及可编程进给装置等构成。系统在运行时可进行冲模横向位移、带材进给定位、冲模重复运行及自动调整下工步等多项功能。由于在冲压过程中进行可编程冲压，使这种模块式冲压系统能柔性地适应生产需求，在相同带材上进行不同工件及批次的混合生产，实现串接式加工，还同时在工件两面冲压加工，极大地提高了工作效率。

模块式冲压的突出优点在于能把冲压加工系统的柔性与高效生产统一起来。概括而言，模块式冲压的特点包括：（1）在冲压成形过程中快速更换组合模具以提高生产效率；（2）由于具有带材的供带和矫带装置，可省却另设上料下料工序；（3）实现了大工件的不停机加工；（4）既能独立又能成系列的控制组合冲模动作，能连续进行冲压加工；（5）冲模具有可编和的柔性特点。

3．车身模具新材料和先进制造技术

目前汽车行业的研发热点是车身轻量化成形工艺，欧洲汽车专家预测。在未来1O年里轿车自身重量还将比现在减轻20％。

当前，发达国家在材料和成形技术开发与应用方面正方兴未艾。使用铝合金和镁合金代替钢铁是目前各国汽车制造商主要的减重措施。据不完全统计。2001年全世界消费铝约3O MT。其中汽车工业的用量为6．5 MT，约占总消费的22％，使用铝合金代替钢铁是目前各国汽车制造商主要的减重措施，另外，在承受冲击时铝板比钢板多吸收冲击能50％。

我国的镁矿资源丰富，占全世界的50％左右。镁合金由于除了能满足汽车轻量化的要求外，还具有易加工、易回收、环保好等优点。因而在现代汽车上也得到了愈来愈多的应用。可以预计，随着这些高强、轻质材料的广泛应用和汽车结构的进一步改善，汽车的自质量有可能下降1/2以上。预计到2010年，适合于铝、镁等各种不同轻质材料的汽车车身冲压工艺CAD (CAPP)和冲压件成形技术会得到进一步完善。

对于轻量化车身成形工艺与模具技术的探索，在理论研究方面，要进一步探讨新一代铝、镁合金等轻金属的大幅度弹塑性变形本构关系及参数获取，表面摩擦特性的机理；在工艺技术方面，要研究铝、镁合金的冲压回弹、起皱、拉裂规律和毛坯反求等问题；在模具制造方面，要研究模具毛坯快速制造方法，开发快速精密加工与精密测量技术和装备，同时，还要研究与之配套的铝、镁合金冲压工艺试验技术与装备。

另一方面，最近几年，“亚毫米冲压”概念逐渐深入人心。亚毫米冲压是指汽车车身冲压件的精度控制在

0-1.0mm的范围内，与过去制造业通行的误差2mm相比，是个非常大的提高。亚毫米冲压的中心是冲压件的精度与敏捷度两个目标，精度就是使冲压件尺寸准确度控制在0毫米或亚毫米的水平，其关键是控制车身支架、立柱等结构件的尺变动，并使汽车覆盖件分块度大，如采用整体左右侧板和顶盖板等。敏捷度含义则是指减少冲压件的生主准备时间达30%，包括模具设计、试样制造和工装准备时间，以达到极大缩短新车型制造周期的目的。

通过亚毫米冲压项目的研究，使冲压过程和部件装配工艺的设计不仅由基于经验和传统工艺向科学和数据过程的转化，而且向CAD和模拟试模转化，同时实现了过程监测和设备维护由被动响应向科学预测式转变。

4.特种冲压成形技术

现代汽车冲压件的技术要求正朝着结构复杂、分块尺寸增大、承载能力变大和内应力限制严格等方向发展，传统的汽车冲压件成形工艺已经不能满足目前车身制造的要求，一些有条件的企业开始广泛研究和开发板材成形新技术，促进了特种冲压成形技术发展。这里简要介绍液力拉深、内高压成形和电磁成形等几种新工艺在汽车冲压件成形中的应用。

4．1 液力拉深技术