一种汽车覆盖件模具设计方法

摘要

本发明公开了一种汽车覆盖件模具设计方法，(1)根据汽车覆盖件几何结构特征建立对应的理论模型；(2)去除理论模型中与模具型腔面变形无关的结构特征；(3)根据第(2)步简化后的理论模型建立有限元模型，模拟汽车覆盖件模具成型过程；(4)由计算机计算出模型型腔面模拟前后的变形量；(5)基于模型型腔面的变形量，对第(1)步的理论模型进行补偿设计和修正，从而得到实际需要加工模具的模型；(6)根据第(5)步得到的模型制造出实际模具。本方法在设计阶段即可对型腔面进行相应的变形补偿，以抵消实际模具变形带来的影响，提高型腔面贴合度，使模具一次设计加工到位，从而缩短模具调试周期，降低模具制造成本。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车模具设计方法，具体指一种基于数值模拟的汽车覆盖件模具设计方法，属于汽车覆盖件模具设计及制造领域。

 

背景技术

汽车覆盖件的生产制造是汽车制造的一个重要的环节。作为车身生产的重要装备，汽车覆盖件模具对车身的最终质量起到了决定性的作用。由于汽车覆盖件一般都是空间曲面结构，形状较为复杂且尺寸较大，因此汽车覆盖件模具与一般冲压模具相比更为复杂，尺寸较大，主要结构和材料也多有不同。基于以上特征，汽车覆盖件模具主体一般采用铸造成型，为减轻模具重量，模具采用中空的壳体结构。因此，当模具在安装于压力机上受载工作时，模具主体将发生弹性变形。另一方面，模具上下模型腔通过相互贴合作用于平面板料，从而得到冲压零件的几何形状和外形尺寸，因此零件的成型质量是由模具型腔保证的。一般情况下，模具型腔的加工是由数控机床通过零件的数学模型通过偏移一定的板料厚度后得到的走刀轨迹加工而成，因而理论上讲上下模型腔应该有较高的贴合精度，然而由于模具弹性变形的原因，加工完成的上下模型腔之间在受载情况下往往存在一定间隙，这就给调试模具带来很大困难，从而延长了模具制造周期。

传统的汽车覆盖件模具设计和制造忽略了模具变形的因素，假设其主体为没有变形量的刚性结构，因此模具的加工制造采用的是理论的数学模型。当制造完成后进入调试阶段时，需要经验丰富的钳工不断对模具型腔面进行打磨和研配，以消除由于模具受载变形而产生的间隙以及部分加工轨迹间的凸棱，从而使模具型腔面达到较高的贴合度。这一过程将耗费大量人力和时间，且结果与钳工个人经验相关。

汽车覆盖件模具在调试及受载工作中会产生整体变形，该变形结果会增加模具调试难度，影响零件成形质量。同时由于汽车覆盖件模具尺寸大，结构复杂，因此，受载变形量很难通过常规方法得到，

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种对模具变形量预先考虑的汽车覆盖件模具设计方法。

本发明解决技术问题的技术手段是这样实现的：

一种汽车覆盖件模具设计方法，其设计步骤为：

（1）根据汽车覆盖件几何结构特征建立对应的CAD三维几何理论模具的模型；

（2）去除理论模型中与模具型腔面变形无关的结构特征；

（3）根据第（2）步简化后的理论模型建立有限元模型，模拟汽车覆盖件模具成型过程；其具体步骤为：一、分别对模型各部分进行网格划分，得到若干网格单元；二、为每一个网格单元选择单元类型；三、对模型各部分赋予材料参数；四、设置各部分间接触关系；五、加载约束与载荷，模拟汽车覆盖件模具成型过程。

（4）将有限元模型提交计算机进行计算，计算出模型型腔面模拟前后的变形量；

（5）基于模型型腔面的变形量，对第（1）步的理论模具的模型进行补偿设计和修正，从而得到实际需要加工模具的模型；

（6）根据第（5）步得到的模型制造出实际模具。

本方法通过模型模拟的方法能够快速有效地确定理论上的汽车覆盖件模具在实际受载情况下的变形趋势及变形量大小，再基于该变形量大小对理论模具的模型进行补偿设计和修正，从而得到实际需要加工模具的模型，再根据该模型反过来制造出实际模具。本方法在设计阶段即可对型腔面进行相应的变形补偿，以抵消实际模具变形带来的影响，提高型腔面贴合度，使模具一次设计加工到位，从而缩短模具调试周期，降低模具制造成本。

 

附图说明

图1—本发明设计流程图。

 

具体实施方式

对于汽车覆盖件拉延模而言，其主要组成部分为上模、下模和压边圈。为减轻模具重量，这三部分通常为铸造成型，采用中空壳体结构，因此在受载情况下模具结构会发生弹性变形，从而影响上下模之间型腔面的贴合精度，最终影响汽车覆盖件的成型精度。

本发明正是预先考虑到汽车覆盖件模具有这样的变形，而将其纳入汽车覆盖件模具设计过程，如图1所示，其设计步骤为：

（1）根据汽车覆盖件几何结构特征建立对应的CAD三维几何理论模具的模型；确定模型各部分间的运动和接触关系；

（2）去除理论模型中与模具型腔面变形无关的结构特征；

由于模具的实际结构中存在吊耳、起吊棒、限位块、耐磨板、压板槽等细节特征，而这些细节特征对于模具整体变形的影响可以忽略不计，但在有限元分析时却会增加对网格划分的困难，甚至会造成网格扭曲较严重，产生应力奇点，影响模型收敛。因此，在进行有限元分析之前可将模型进行一定程度简化处理，忽略这些细节特征。

（3）根据第（2）步简化后的理论模型建立有限元模型，模拟汽车覆盖件模具成型过程；其具体步骤为：一、分别对模型各部分进行网格划分，得到若干网格单元；二、为每一个网格单元选择单元类型；因本模拟对象是三维实体，故选择的是实体单元类型。三、对模型各部分赋予材料参数，包括密度、弹性模量、屈服极限、泊松比等；四、模型各部分间接触设置，主要是接触体间的相互关系，避免模型运算过程中相互穿透，包括设置静摩擦，动摩擦以及接触类型等；五、加载约束与载荷，模拟汽车覆盖件模具成型过程。

（4）将有限元模型提交计算机进行计算，计算出模型型腔面模拟前后的变形量；

（5）基于模型型腔面的变形量，对第（1）步的理论模具的模型进行补偿设计和修正，从而得到实际需要加工模具的模型；

（6）根据第（5）步得到的模型制造出实际模具。

利用本方法能快速有效地预测汽车覆盖件模具受载变形趋势及变形量，为调试模具节省时间，从而缩短模具调试周期，降低模具制造成本。

本发明将有限元数值模拟技术与模具制造相结合，利用了数值模拟技术易于实现、结果直观、精度可靠、可以处理复杂物理问题等特点，对汽车覆盖件模具受载变形进行分析和预测，而不用通过真实的模具进行实验得到变形量。通过实验和实际生产表明，利用本方法预测的模具受载变形结果与实际相符，完全可以用于指导生产。