汽车覆盖件金属模具的快速制造技术的研究

2018-01-30杨灿

世界有色金属 2018年6期

杨灿

（深圳中集专用车有限公司，广东深圳 518118）

近年来，我国的汽车行业飞速发展，为使新产品快速占领市场,就需要开发快速经济的模具，其越来越引起人们的重视。现阶段我国汽车覆盖件金属模具快速制造技术相对落后，形成对汽车工业的发展制约的局面。加大对汽车覆盖件金属模具快速制造技术的研究力度，成为当前汽车覆盖件金属模具快速制造技术研究的技术前沿[1]。

1 汽车覆盖件金属模具快速制造技术实现途径

汽车覆盖件金属模具的主要功能是用于生产汽车覆盖件，关系着汽车覆盖件的质量、尺寸的精准度等，所以需要保证汽车覆盖件金属模具的尺寸、精度、表面质量，这样才能生产出高质量的汽车覆盖件。在汽车覆盖件金属模具快速制造过程中，必须要控制好每个环节的生产精度，消除会影响精度的各种因素[2]。现阶段，我国在对模具快速制造技术进行研究时，重点研究的是工艺步骤的可靠性，比较关注模具的快速制造质量和精度。但是，没有将模块快速制造作为一个集成的系统来研究，使得研究过程缺乏全面性，没能将不同环节的工艺精度联系起来，不明确其相互之间存在的影响，以及系统累积效应。在对汽车覆盖件金属模具的快速制造技术进行研究时，应形成一个闭环模式，在CAD三维设计中对累积误差反馈，并利用输入端对数据进行修改，通过逐次迭代的方式，制造出高精度的汽车覆盖件金属模具。在模具的快速制造过程中，会涉及到比较多的集成工艺环节，所以在对不同工艺环节的精度进行控制时，难度会比较大。通过闭环精度控制模式，可将各影响工艺过程的因素累积起来进行集中控制，实现对CAD数据、CAE仿真优化参数的直接修改，使汽车模具快速制造精度得到有效的保障。

2 汽车覆盖件金属模具的快速制造技术分析

2.1 CAE仿真技术与模块快速制造技术的集成

在汽车覆盖件金属模具的开发过程中，必须要重视设计阶段的工作，优化模具的工艺结构，合理设置冲压工艺的参数，使试模和修模的工作量得以明显的减少，这样有利于减少模具的开发费用，并使模具的开发周期更短。CAE仿真技术在汽车覆盖件金属模具快速制造中的应用，可实现这些目标。企业通过对计算机模拟技术的应用，能使冲压工艺得到优化，提高模具设计的科学合理性，促使生产过程的顺利进行。但在实际的操作过程中，由于数值模拟软件操作人员所积累的经验不同，所以模拟结果会存在差异，导致数值模拟精度受到影响。因此，可以结合相似原理，详细的分析模具的成形过程，并对其进行数值模拟，对其中的参数进行优化。对于一般的汽车覆盖件，需要先设定成形工艺的相关参数，并将控制参数进行两类[3]。前一类参数采用的是相似原理，利用成功经验来定制所需的汽车覆盖件。CAE仿真技术在汽车覆盖件金属模具设计及冲压工艺中的应用，可提高相应速度，降低制造成本，但其精度和可靠性得不到保障。将其与模具快速制造技术结合起来，则能达到比较好的模具快速制造效果。比如，采用覆盖件模具混合迭代优化设计，先确定前一类参数，再对后一类参数进行CAE模拟优化。再通过快速制造技术制作相应的模具，进行试冲压，根据冲压结果，对CAE仿真软件中不易确定的参数进行修正，确定出最优点。最优点通常是在初始点附近，所以可用CAE技术对经过调整的参数进行寻优设计，再经过2-3个迭代循环，就能实现汽车覆盖件金属模具的最优设计。

2.2 金属电弧喷涂或电刷镀制膜技术

金属电弧喷涂技术需要经历四个阶段，先对母模的喷涂进行准备，再对基体进行处理，然后是金属电弧的喷涂，最后再对背衬材料进行填充。在汽车覆盖件金属模具的快速制造中引用此技术，最关键的是要确定好梯度材料的结构，其不仅能够保障模具的整体性能，还能简化模具的制造工艺。梯度结构主要由五部分构成，首先是高强度的水泥层；其次是金属粉混合背衬材料层，其核心是树脂、金属粉和加强纤维；再次是玻璃钢加强层；第四是电弧喷涂层；最后是刷镀层。刷镀层能够提升模具表面的硬度，增强其耐磨性。通过构建金属喷涂层，则可增强模具的修磨性和强度。在对母模的喷涂进行准备时，常用的方法有三种。首先，将RP原型利用起来，或者将其原型翻制而成的石膏过渡模型利用起来，作为母模。其次，利用石膏、塑料及木材等材料进行数控加工。最后，利用实物样件，构建石膏过渡模型。

2.3 三维几何型面快速反求技术

此技术的应用依然需要借助CAD形成三维几何体模型，在汽车覆盖件技术模具的快速制造过程中，可能会出现开裂、回弹、起皱等问题，这些问题的存在会严重影响模具的精度，利用CAD三维几何体模型可对这些问题进行分析。当出现这些问题时，要对其原因进行详细的分析，调整模具及工艺参数，不需要对具体的数值进行测量，就能避免再次出现开裂和起皱的问题。回弹一般是由于零件出现弹性变形，导致几何误差的出现引起的，回弹通常不会伴随开裂和起皱问题。在对汽车覆盖件的回弹变形量进行测量时，最常用的技术是曲面误差技术，测量出具体的数值后，再利用回弹修正法，可以实现对模具的修正。在制造模具的过程中，还需要对型面的制造误差进行评价。按照国家标准，可采用曲面轮廓度对其进行评定，在获取覆盖件模具型面点的云数据时，可以利用相关的曲面测量技术进行，如激光扫描三坐标。但是，通过这种方法测量所得的数据往往会与理想出具存在偏差，所以不能直接用于对误差进行计算。因此，可先采用最小二乘法，或者最小区域法，建立起对应的目标函数，并对目标函数进行优化，这样就能提高测量数据与理想数据的匹配度。然后，将测量数据上任意一点与理想曲面之间的法向距离计算出来，获得曲率变化情况，就可计算出轮廓度，并对误差进行分析。