关于汽车纵梁冲压工艺分析与改进

第一篇：关于汽车纵梁冲压工艺分析与改进

关于汽车纵梁冲压工艺分析与改进

[摘 要]以汽车纵梁为研究对象，介绍其冲压工艺方案，利用CAE技术，对纵梁在回弹处理方面总结了合理的工艺与技术改进措施。经过实际冲压验证：表明改进后的纵梁冲压工艺效果良好，满足使用要求，对类似零件成形工艺设计具有一定的参考作用。

[关键词]汽车纵梁；冲压工艺；CAE；回弹；自动补偿

中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0353-01

引言：冲压工艺中，制约其快速发展主要集中在一些典型的难成形件上，如汽车覆盖件、轮罩板件、梁类件等。梁类件随着汽车轻量化的发展使用比例越来越高，强度也越来越高，决定了它的工艺特殊性和成形难度。梁类件中特别是高强梁类件中纵梁是典型的难成形件，主要取决于纵梁造型的复杂程度和使用板料的高抗拉强度。传统加工工艺及存在的问题

汽车纵梁加工的内容主要包括：成形和制孔。加工工艺可分为成型前加工孔和成型后加工孔，制孔的方式又分为冲孔加工和钻孔加工。目前，汽车纵梁加工多采用的是买成形纵梁料，通过摇臂钻床钻孔。选用钻孔方式最大的优点是设备投资少，但缺点也很多：加工效率低、需要制造多种钻模，生产准备周期长，很难适应多品种、小批量多批次产品的生产节拍。以陕重汽为例，随着陕重的斯太尔产品产能的大幅提升，同时MAN产品逐步上升为主导产品，传统的加工工艺已无法适应产能提升和产品变形的需求，纵梁孔位加工能力不足已成为车架生产的“瓶颈”问题，寻求新的纵梁加工工艺迫在眉睫。因为斯太尔产品为等截面梁，MAN产品为变截面梁，这两种车架的纵梁结构不同，加工工艺差别较大，因此选择纵梁加工工艺和设备时应兼顾此两种产品结构的加工。加工工艺及所用设备的特点

2.1 生产效率高，劳动强度小

数控冲对新产品生产要求的准备时间短，对于纵梁孔的变化，生产准备仅为编程时间，输入CAD图形，可以自动生成加工程序，可以充分快速地满足市场和每个用户的要求，解决了现有摇臂钻床孔效率差、生产准备时间长、劳动强度低的问题。采用原有方法，冲一个孔，带上下料最慢需要1.2s，钻一个孔最快需要10s。当加工5595mm长、200余孔的S35车纵梁时，5人需要14min，而采用数控冲只需4min。加工11050mm长、350余孔O40车纵梁，5人需要28min，而采用数控冲加工350个孔只需8min。

2.2 产品质量高

数控冲加工解决了摇臂钻床钻孔时，漏孔和孔距尺寸超差而影响铆接和总装配进度及质量的问题，并且数控冲加工的孔没有毛刺，精度高于钻孔。纵梁工艺改进

汽车的纵梁的强度比较高，且该类元件的塑性变形程度比较小，在纵梁的成形阶段，其达到的塑性变形阶段存在着一定的困难。如果其在成形时期，其板料的变形仍旧属于弹性形变，那么就会使得其应力在释放过后产生回弹的现象，降低了其成形尺寸的精准程度，其板料成形时期，如果其塑性成形出现了断裂的现象，那么其板块变薄百分比为60%，其普通的钢板就会只有在25%以上，才会产生开裂的现象。

3.1 拉深成形

在对板料进行拉深处理时，要尽可能的让其拉深工序一次完成，其拉深的深度要满足其零件成形的需求，达到相应的标准，一次来防止其后续出现整形等不良现象。将其板料一次性的拉深到最大的位置上，可以确保其板料应用的充分程度，最大限度的降低了其板料的回弹性，其板料会无法轻易的产生塑性形变，提升了其成形零件尺寸的精准程度。以板料拉深成形的特征为基础点，让其拉深的深度要和其保持高度的一致性，便于板料和凸模的光顺更好的基础，降低其板料出现褶皱等不良现象，让其拉伸后的板料应力可以不受到影响，在应力变化过后，其板料的变形程度就会趋于平稳，其所产生的变形以及回弹程度会比较小。

3.2 工序排布

工序排布工作开展时，必须要对其零件结构的可实施性以及自身的应用强度进行探究，通常，汽车纵梁的整形力度比较强，具有回弹大的特性。在零件结构条件满足其工序排布的需求是，需要重视其板料成形的稳固性设计内容，还要对其零件尺寸的修改方案的可实施性进行探究。通常，板料的强度会比较高，其料的厚度也比较大，如果在成形时，不对其受力状况进行分析，就会使得其受力呈现不均匀的状态，导致其模具零件出现变形的现象，严重的还会影响其模具的使用年限，降低其零件的质量以及稳固程度。要在工序排布工作开展之后，调控好修边力和整形力二者之间的关系，确保其模具零件的受力状态。板料的回弹性比较明显，所以其模具零件的修整工作难度比较高，如果使用传统工艺方式修改其模具零件，就会使得其调试过后的模具零件回弹性超过实际所需的回弹性，还会使得其回弹量区域出现负角等现象，让其整形工作无法顺利的开展，严重的还会使得其模具报废，不能正常的投入到使用工序中。想要防止该现象的发生，就要研究其CAE模拟回弹量和以往车型，总结其相关的生产经验。纵梁CAE模拟改进分析

当确定出其实际的工艺生产方案之后，要利用CAE对其理论开展模拟的实验，确定出其纵梁精准尺寸的目标，考量各类施工工艺方案应用的成形要求，尽可能的减小其现场模具整改的强度，适当的缩短其板料的调试时间，在实际的设计阶段开展预处理的工作，设立出回弹控制的目标数值。

4.1 设定回弹理论分析目标值

通过最近几年进行理论与实际回弹对比，总结了高强板模拟参数设置对应下的回弹分析目标值，梁类件对主面、侧壁、法兰等的不同部位制定了不同的目标值。梁类件主面的作用比较重要，在模具零件整改中牵动的整改工作量比较大，采用了较高目标的控制值；侧壁CAE模拟尽量保证不出现负回弹，针对侧壁定的目标值相对高一点；法兰的影响因素比较多，理论与实际的对应程度不是很高，而且法兰相对现场模具零件整改比较容易，整改成本和周期均较短，法兰理论不出现负回弹，且在+1.0mm左右都能接受。

4.2 自动循环反弹模拟

为了达到理论目标值，借助软件进行反复计算，由于纵梁结构复杂，回弹比较大，要想达到理想的目标值，需要进行多次补偿并反复验证。若每次均通过CAD辅助进行补偿，再进行CAE软件分析，则工作量大且浪费时间。研究了AF软件自动补偿循环回弹功能，如图6所示，能减少此过程的工作量，避免了CAD造型过程中精度的降低。采用自动循环反复计算后能使人为利用CAD进行辅助造型的工作量减少到2～3次，节省了人力、物力。

4.3 高精度补偿处理

虽然软件的模拟结果作为主要的回弹补偿依据，但由于软件本身与现场的准确度不能达到完全一致，针对软件的结果，还要结合经验来进行判定，特别是针对纵梁类难成形的板料。高精度补偿处理一般会在最后阶段结合以往类似件的经验值进行特殊部位和不确定部位的最终方案判定。软件模拟的结果可能非常精确，但软件模拟的状态要真实反映到现场，就关系到模拟结果到加工数据的转化精度问题，为了达到高精度转化，经过试验，采用Think3软件进行回弹数据的处理。在进行回弹补偿方案的选择时，主要在拉深工序进行回弹预处理，整形工序作为较小量的回弹预处理。

结语

汽车纵梁是梁类件的典型代表，通过合理的设备选型、生产工艺设计，并借助CAE分析技术，基于软件循环计算的回弹补偿处理方法，经过实际冲压效果的验证，改进后的纵梁冲压质量得到明显提升，满足客户的使用要求。

参考文献

[1] 李绍民，张勇，刁照云，王子建.智能制造――重卡车架纵梁智能加工系统探讨[J].重型汽车.2016（04）.[2] 周家明.汽车纵梁抛丸前除油清洗工艺设计浅谈[J].时代汽车.2016（12）.[3] 毛?l国.汽车纵梁冲压成形数值模拟及试验验证[J].锻压技术.2017（04）.

第二篇：【汽车工艺】背门内板冲压数值模拟及工艺改进

【汽车工艺】背门内板冲压数值模拟及工艺改进

在数值模拟分析的基础上，制定出合理的冲压工序排布方案，对于实际生产有着重要的指导意义。本文对背门内板的成形工艺进行了分析，利用AutoForm软件分析其成形性并对成形工艺进行了改进，工艺改进后的方案能够有效解决开裂和起皱的问题。

汽车覆盖件一般由冷轧薄钢板冲压而成，具有结构尺寸大、形状复杂、板料薄和表面质量要求高等特点。薄板的冲压成形过程是一个复杂的力学过程，它是一个集几何非线性、材料非线性和接触非线性于一体的三重非线性耦合的连续介质力学问题，是一个大位移、大转动和大变形的过程。以往车身覆盖件的模具制造需要反复试模和修模，生产周期长，生产成本很高，产品质量不易控制。随着计算机技术的发展，数值模拟技术在板料成形分析中得到广泛应用，以往只能凭借经验和生产试验得出的结果经数值模拟分析便可快速获得，从而缩短了模具设计与制造周期，降低了模具开发成本，提高了模具和冲压件质量。

汽车背门内板具有尺寸大、形状复杂等特点，成形容易产生开裂、起皱等缺陷。本文利用AutoForm软件分析了背门内板的成形性，并对其成形工艺进行了改进。背门内板成形工艺分析 本文研究的背门内板模型如图1所示，零件尺寸约为1320mm×1154mm×110mm。从图1可以看出，此零件形状复杂，尤其周边形状多样，变化急剧，周边R角较小，侧壁较深且拔模角度小，拉延时极易出现开裂、起皱等缺陷；此件孔洞较多，冲孔方向不一致，工序排布比较困难；背门内板在背门开启时部分可见，对表面质量要求较高，故此件成形质量控制难度较大。

背门内板冲压方向的确定比较重要，合理的冲压方向不仅能生产出高质量的产品，对降低生产成本也起着积极作用。若采用图2a所示的冲压方向，则侧冲孔的废料将落在产品上无法排出，如图2b所示。经过综合分析，最终确定拉延时的冲压方向如图2c所示。背门内板冲压数值模拟分析1.模拟参数的设定

背门内板形状较复杂，成形有一定的难度，故所用材料为冲压性能较好的DC04，材料厚度为0.8mm。材料性能参数为：屈服强度σs=120～210MPa，抗拉强度σb≥270MPa，硬变硬化指数n≥0.18，厚向异性指数r≥1.5，断后伸长率δ=36%，密度ρ=7.85×10-5N/mm2，杨式模量E=2.1×105N/mm2，泊松比γ=0.3。本例采用弹塑性强化模型进行计算，所用的屈服准则为Hill准则；摩擦因数为0.15。

在CATIA中抽出零件数模片体，以IGS格式导出并导入到AutoForm软件中。工艺补充面在AutoForm软件中制作，如图3a所示，生成如图3b所示的有限元模型工具体。2.模拟结果分析

成形极限图（Forming Limit Diagram，简称FLD）是评定薄板成形性能最直接和有效的方法，通过此图可以直观地判断零件起皱、开裂等缺陷，制定出相应的对策。如图4所示，成形极限图中的曲线A为成形极限曲线（Forming Limit Curve，简称FLC），在此曲线以上的区域表示材料发生了塑性破裂，曲线最低位置为平面应变状态，次应变e2=0；曲线B为临界极限曲线，处在曲线A和曲线B之间的区域材料有破裂风险；直线C为双向等值拉伸线，在该线上材料处于双向等值拉应力状态，e1= e2；直线D为单向拉伸线，在该线上材料处于单向拉伸状态，尽管板料厚度没有增加，但材料内部已存在压应力，有起皱趋势；曲线B和直线C、D组成的区域为安全区，这部分区域的材料在成形时既得到了充分拉伸，又没有破裂和起皱的工艺缺陷，此状态为板料成形的最佳状态；直线E为等厚拉伸线，在该线上材料处于等厚变形状态，e1=-e2；直线D和直线E所组成的区域为临界起皱区，该区域内的材料虽然受到压应力，但材料没有增厚；直线E以下的区域为起皱区，e1在AutoForm软件中，经过多次调整工艺参数，最终得到了背门内板的两种分析结果。第一种分析结果如图5所示，从图5a成形极限图中可以很直观地看出存在较大面积的开裂区域（红色区）和临界开裂区域（黄色区），由此可以判断该零件开裂严重；起皱区无颜色显示，说明无起皱现象，从图中可以看出开裂的原因是局部主应变过大。从图5b看出开裂的位置分布于零件形状较复杂的周边侧壁区域。引起该零件开裂的原因主要有三个：一是，周边R角过小，局部过于尖锐，存在应力集中；二是，零件侧壁高度较大、拔模角度很小，材料横向流动受阻，材料补给困难，在零件的横向基本靠局部区域材料拉胀成形，产生过大的主应变；三是，拉延筋阻力以及压边力过大，材料流动困难。

为解决开裂问题，我们首先在不修改零件结构的前提下对拉延工艺参数进行调整，减小了拉延筋的阻力，得到了图6a所示的成形极限图，从中可以看出无破裂区域，但临界起皱区（蓝色区）和起皱区（紫色区）所占面积较大，说明零件局部存在较严重的起皱现象；从图6b中可以看出起皱的位置主要分布于零件周边区域。该零件产生起皱的原因主要有2个：一是，零件局部区域形状变化急剧且较复杂，致使局部材料堆积；二是，拉延筋的阻力以及压边力过小，材料流入过多。起皱位置大部分在打开背门时是可见的，影响了整车的外观质量，所以这样的区域表面质量要求较高，通常不允许有起皱出现。由以上分析可知，此零件无法同时消除开裂和起皱的缺陷。为了验证数值模拟分析结果的正确性，采用此方案生产出了第一批软模件，得到了图7所示的实物图。从图7中可以看出，背门内板最上部的两个角有明显起皱现象，玻璃窗框的左右下角部虽然经过了人工打磨，仍然可以看出起皱的痕迹，说明此处起皱很严重。图6和图7对比可发现，数值模拟结果与实际生产所得到的结果基本吻合，从而也证明了数值模拟对板料成形分析具有很大的指导意义。工艺改进及其数值模拟分析 1.工艺改进

背门内板形状复杂，拉延时存在开裂与起皱的矛盾，为了克服这个矛盾，且在不修改零件结构的前提下得到合格产品，本文采用了一种改进的工艺，新工艺所建立的有限元工具体如图8所示。其工作过程如下：

（1）板料放置在下压边圈上，上压边圈下行与下压边圈接触将板料压住；

（2）上压边圈与下压边圈以及板料一起下行，与凸模共同成形出上压边圈所具有的零件形状；

（3）凹模下行，与内压边圈以及凸模共同成形出剩余的零件形状。2.工艺改进后的数值模拟结果分析为了快速验证工艺改进后的成形性，在AutoForm软件中对背门内板进行了数值模拟分析，分析中所用的拉延筋阻力与工艺改进前的第一种情况相同，得到成形极限图（见图9a），从图中可以看出零件无开裂、起皱缺陷出现，只有极少数位置有开裂风险，后期通过模具调试可以解决，小部分区域存在压应力，材料有增厚的趋势。从图9b中可以看出，在零件的可见区域不存在起皱现象，整个冲压件无开裂区域，质量达到了要求，说明改进后的工艺能有效解决开裂和起皱的矛盾，可获得质量较高的冲压件。但此工艺还需后期实际生产来进一步验证。以下从工艺改进前后成形过程的对比来分析工艺改进后能够获得合格冲压件的原因。图10所示为工艺改进前的部分成形过程，从中可以看出，零件周边复杂的形状与内部凹陷的形状同时成形，最高点A先接触板料，进料方向只能由外向内，当拉延筋的阻力较大时，周边形状复杂处无法得到足够的材料补给，主要依靠局部材料的拉胀成形；当主应变大于材料的极限应变时，零件周边侧壁发生开裂，零件中心形状是凹陷的，同时内部较平坦，板料线长较大，有足够的板料成形；当拉延筋的阻力和压边力较小时，致使进料速度过快，内部局部区域会出现起皱现象。图11为工艺改进后的部分成形过程，成形时零件周边复杂的形状最先成形，随着上压边圈下行，内部板料由弧形逐渐被拉直，说明在成形周边复杂的形状时，进料方向不单是由外而内，内部的材料也会进行补给，材料优先贴合在凸模上，周边材料得到聚存，故侧壁得到了较好的形状，开裂问题得以解决；由于内部材料向外侧流出，材料线长缩短，内部形状成形时无法从外侧得到材料，只能依靠材料的局部拉胀成形，保证了内部局部区域不会起皱。所以，从理论上也说明此工艺方案能有效地解决开裂和起皱问题，保证能够得到合格的产品。背门内板冲压工序排布

采用数值模拟分析手段对该零件的成形进行分析后，确定出板料大小、冲压方向和分模线的位置等，根据得到的相关数据制定冲压工序排布简图，为后期模具方案的制定提供指导。在工序分配时要考虑零件的冲压成形性、稳定性和模具结构实现的可行性、难易程度，以及各工序间的衔接和冲压生产流程等。

此零件孔洞较多，且各类孔的冲切方向不同，给工序安排带来很大困难。孔（包括圆孔和非圆孔）冲切的一般原则为：孔径（特指圆孔直径和非圆孔的最小直线距离）不大于6mm时，冲切方向与孔平面法线角度不大于5?；孔径在6～12mm之间时，冲切方向与孔平面法线角度不大于10?；孔径大于12mm时，冲切方向与孔平面法线角度不大于15?。按此原则并结合该零件孔的功能和属性，同时考虑模具各部分的结构强度，把冲孔安排在3个工序中完成。

经过以上分析并结合数值模拟分析结果，最终成形工序排布为：OP05，落料→OP10，拉延→OP20，修边+冲孔→OP30，整形+冲孔+侧冲孔+翻边→OP40，整形+冲孔+侧冲孔。各工序间零件的旋转角度因不能大于10?，所以OP20工序相对于OP10工序以Y轴为中心旋转了8?；OP30工序相对于OP20工序以Y轴为中心旋转了9?；OP40工序相对于OP30工序以Y轴为中心旋转了10?。修边和冲孔时要充分考虑废料的排出或收集，在OP20序修边时，两处废料刀因工艺所限布置为刀背对刀背形式，废料切断后会滞留在两废料刀之间，需预留废料提升器，以保证废料顺利排出。详细工序排布如图12所示。结语

汽车背门内板由于其结构复杂并且具有一定的特殊性，在成形时容易出现开裂和起皱等缺陷，并且这两种缺陷很难同时消除，往往在消除一种缺陷的时候会造成另一种缺陷产生。本文采用两种工艺方案在AutoForm软件中分别对背门内板进行了数值模拟分析，通过结果对比分析，工艺改进后的方案能够解决开裂和起皱的矛盾，得到质量合格的冲压件。因此，对于有背门内板类似结构的零件，如左右车门内板等，都可以采用本文中改进的方案进行成形，解决开裂和起皱缺陷。虽然数值模拟分析得到了较好的结果，但此改进方案还有待实际生产的验证。

借助数值模拟分析方法，为冲压成形的评估提供了重要参考，可以制定出较合理的冲压工艺，为模具方案的制作提供参考。作者：孙芬芬 谭植文 魏宪波 冯擎峰

第三篇：汽车生产四大工艺冲压工艺讲稿

汽车生产四大工艺冲压工艺讲稿

一、冲压加工工艺的特点

冲压是一种先进的金属加工方法。它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料施加压力，使板料产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。

冲压生产依靠模具和冲压设备完成加工过程，因此它具有生产效率高、操作简便、便于实现机械化和自动化的特点。采用精密复杂的模具，能加工出用其她方法难于生产的形状复杂的零件，且尺寸精度稳定，材料利用率高，零件重量轻。在大批量生产中，是一种先进的优质、高产、低消耗和低成本的加工方法。

二、冲压工序分类

冲压工序可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序是在冲压过程中使冲压零件与板料沿一定的轮廓线相互分离，同时冲压零件的分离断面要满足一定的质量要求。成形工序是板料在不破裂的条件下产生塑性变形，获得所要求形状的零件，同时也满足尺寸的要求。

三、模具调整

模具调整,就是在试冲过程中,解决模具本身各相对运动部分之间、冲压件结构与冲模结构、冲模结构与压床工艺参数、冲模结构的工艺参数与现实生产条件之间、压床与生产条件之间、人与冲模或压床等等之间的矛盾。只有解决了这些矛盾，才能保证冲压件的质量和一定的生产效率。根据冲模调整的内容和性质，调整工作一般可分为四类：新制模具的调整；磨损后或修复后的调整；生产调整（即日常调整）；使用代用材料或更换压床后的调整。

新制模具的调整(试模),就是在模具制造完成后,在相应的压床上进行试冲,制出合格的零件。

冲模在经过一段时间使用后，其工作部分的精度和结构的工艺参数会有变化，因此，必须进行修复。修复后的冲模，在结构上不可能与新制造后的冲模完全一样，必须再次调整，又称之为大调或修后调整。

在冲压件生产过程中，每次都需经过装模后生产前的模具调整，（通常此项工作由机长来完成）由机长按照《工艺规程》和《作业标准》中的要求，将模具调整压制出合格零件。

使用代用材料之后，必须正确地解决冲模结构的工艺参数与毛坯的机械性能直间的矛盾。也就是要根据代用材料的特性（机械性能、厚度及精度等级）来修整冲模结构的有关工艺参数部分。

更换压床生产时，也必须进行适当的调整工作，以解决冲模结构与压床结构之间、制件特征与压床性能之间的矛盾。一般只是相应地改变冲模的气垫顶杆的长度和位置，改变冲模的安装孔或安装槽等。在整个调整过程中，必须严格地遵守调整工安全操作规程及作业标准。试冲前必须先以寸动规范逐渐下调压床滑块，检查以下内容：

（1）冲模安装是否正确；

（2）压床的装模高度是否略大于冲模的实际闭合高度；（3）冲模各相对滑动部件间的相对关系是否准确；（4）冲模内和压床上有无杂物；

（5）压床的技术状态（尤其是压床的制动情况）是否良好。

四、汽车覆盖件生产的特殊要求(一)覆盖件的定义

汽车覆盖件是指覆盖发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄钢板异形体的表面零件和内部零件而言。载重汽车的驾驶室、厢式货车的车身、轿车的车前板和车身等都是由覆盖件和一般冲压件组成。(二)覆盖件和一般冲压件的比较

覆盖件与一般冲压件相比较，具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。(三)对覆盖件的要求 1.表面质量

覆盖件表面质量分为A级和B级除被覆盖的表面为B级外，暴露在外面的表面均为A级。(1)A级

覆盖件表面不允许有裂纹、波纹、凹痕、边缘拉痕、擦伤以及其他破坏表面完美的缺陷。覆盖件上的装饰棱线、装饰筋条要求清晰、平滑、左右对称及过渡均匀。覆盖件之间的装饰棱线衔接处应吻合,不允许参差不齐。表面上一些微小缺陷都会在涂漆后引起光的漫反射而损坏外观。（2）B级

覆盖件表面不允许有裂纹、暗伤,但允许有轻微的拉痕、波纹，筋条棱线要求清晰、平滑、过渡均匀。

（四）生产过程中的特殊要求

由于外覆盖件的表面质量要求较高，在生产过程中对材料的表面洁净度、模具型腔的洁净度以及输送带的表面洁净度要求就高，否则会造成覆盖件表面凸包等质量缺陷。由于我公司的生产条件有限，没有板料清洗机，全靠人工操作，因此要求操作工在作业和装箱过程中必须严格按照作业标准中的要求操作，保持材料、模具型腔、输送带的表面洁净，对零件轻拿轻放，避免不必要的磕碰划伤、凸包等现象。同时要求操作人员和质量检查人员必须对零件进行全数检查，发现问题立即处理。

内、外覆盖件在成行过程中的拉延、翻边、整形是否到位，它会直接影响外覆盖件的美观（主要影响棱线及筋条的清晰度），影响内覆盖件焊接搭接部位的形状吻合，零件本身的回弹也会加大，从而最终影响白车身焊接的尺寸精度。因此判断冲压件在成形过程中是否到位也是十分重要的。

第四篇：冲压工艺方案的分析与确定

冲压工艺方案的分析与确定

该零件包括落料、冲孔、弯曲三道工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：落料----冲孔---弯曲。采用单工序模生产

方案二：落料冲孔弯曲合并。采用复合模生产。

方案三：冲孔---落料弯曲。采用连续模生产。

方案一模具结构简单，制造容易 模具寿命长，但需要两道工序两幅模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需一副模具，工序比较集中，占用设备和人员少，生产率高，适用于大批量生产，但模具结构复杂成本高。方案三只需要一副模具，生产效率高，但模具结构复杂，制造周期长，对零件定位复杂。

第五篇：汽车顶棚生产与工艺改进措施的分析

汽车顶棚生产与工艺改进措施的分析

摘 要：随着汽车行业的发展，人们对乘车舒适性的要求越来越高，但国内外早期的汽车顶棚生产工艺并未对声波噪音产生足够的认识，汽车顶棚工艺技术的滞后使得驾驶员和乘客要无可奈何地承受车内声场共振现象。面积较大的汽车顶棚作为因外界刺激而产生振动和噪声的主要来源，逐步成为了汽车性能指标的重要影响因素。本文以振动噪声理论为指导，通过有限元模态技术，建立起汽车顶棚的模态模型，并对汽车顶棚生产工艺和NVH改进进行了研究。

关键词：汽车顶棚；生产工艺；有限元建模；NVH；模态分析

随着汽车行业的发展，人们对乘车舒适性的要求越来越高，但国内外早期的汽车顶棚生产工艺并未对声波噪音产生足够的认识，汽车顶棚工艺技术的滞后使得驾驶员和乘客要无可奈何地承受车内声场共振现象。面积较大的汽车顶棚作为因外界刺激而产生振动和噪声的主要来源，逐步成为了汽车性能指标的重要影响因素。本文以振动噪声理论为指导，通过有限元模态技术，建立起汽车顶棚的模态模型，并对汽车顶棚生产工艺和NVH改进进行了研究。

一、汽车顶棚结构的建模和模态分析

汽车顶棚的振动造成了车内的低频噪声，影响了驾驶和乘坐的舒适性，通过汽车顶棚的模态分析，可以根据振动传递产生的噪声机理来对噪声处理提供诊断依据。

本文采取有限元软件PATRAN对汽车顶棚结构进行建模，再导入声振分析软件SYSNOISE中进行汽车顶棚的模态分析。在SYSNOISE中，材料参数选择0.9mm的低碳钢，边界条件设定为四边位移为零。因为车内噪声的主要频段为200Hz以下，所以，该模态分析的关键在于对200Hz以下的低频段进行低阶模态计算。其次，由于汽车顶棚围成的封闭车内空间会产生声波共鸣现象，导致驾驶员和乘客的耳鸣噪音出现，国内外早期的汽车顶棚生产工艺并未对声波噪音产生足够的认识，汽车顶棚工艺技术的滞后使得驾驶员和乘客要无可奈何地承受车内声场共振现象。因此，本文同样通过PATRAN对车内声场进行建模，再利用SYSNOISE来分析车内声场的声学模态。汽车顶棚结构的模态分析流程见表1所示。

二、汽车顶棚结构的工艺与模态的关系

通过上文对汽车顶棚结构的建模和模态分析，为了减振降噪，可根据汽车顶棚结构特点和振动噪声之间的关系，来对汽车顶棚生产工艺进行研究。

1、金属板厚度对汽车顶棚模态的影响

前文在汽车顶棚有限元分析中采用的是0.9mm的金属板厚度，本文将其与0.7mm和1.2mm厚金属板的汽车顶棚结构模态进行对比。通过对前十阶模态进行计算，200Hz以下的低阶模态声场振型结果表示：在汽车顶棚金属板厚度为0.7mm时，汽车前排和后排均出现了较强的低频噪声，其模态频率低于0.9mm，而在汽车顶棚金属板厚度为1.2mm时，其模态频率要比0.9mm厚时要高出不少。因此，金属板厚的增加对于减振降噪具有良好的改善效果。

2、金属板材料对汽车顶棚模态的影响

前文在汽车顶棚有限元分析中采用的是低碳钢作为顶棚材料，作为对比试验，本文将铝合金纳入其中。通过对前十阶模态进行计算，200Hz以下的低阶模态声场振型结果表示：在低碳钢和铝合金为同等厚度的前提下，模态频率有少许上升，但铝合金的密度较之低碳钢要小很多，对车身质量的优化有一定帮助。

三、汽车顶棚结构的工艺改进措施

汽车顶棚结构的工艺是一个复杂的结构系统，既要考虑性能的实现，又要降低经济费用，因此，本文提出在替换汽车顶棚金属材料和减小金属板厚度的条件下，在振动的峰值点设计数根加强带来对汽车顶棚生产工艺进行改进的措施。

汽车顶棚采用0.7mm厚的铝合金材料，设置三条相同材质、宽度50mm的加强带，总体维持在12kg左右的重量之内。其中，加强带设置在汽车顶棚后部位置，靠近汽车尾部的加强带厚度设置为0.3mm，靠近汽车头部的加强带厚度设置为0.5mm，中间的加强带设置为0.7mm，利用PATRAN建立汽车顶棚模型并导入SYSNOISE进行模态分析。

改进后，汽车顶棚的低阶模态有了一定的改善，200Hz以下的低频整体升高，加强带的设计有效地抑制了汽车顶棚引发的生辐射，模态振型的峰值点挪动到了对驾驶员和乘客有利的状态，本措施实施后，低频模态有明显提高，对低频噪音的改进效果满足要求。而此时汽车顶棚的结构质量减小，更符合经济性能的需求。随着计算机系统的日益发展和新材料的日新月异，汽车顶棚的生产工艺改进研究还将有进一步的研究前景，相信日后将出现更为简便和有效的有限元模态分析方法，建立起更加切合实际需求的驾乘模型。

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