侧围模具开发中模面精细化技术的应用研究

毛兴宽

摘 要：汽车产业快速发展，市场竞争趋于饱和，新车型的开发速度也就越来越快。因此设计人员应该积极引入侧围模具开发技术，提高模面的精细程度，通过数据计算，实现模面的精细化管理，持续优化模具的开发进程，有效缩短开发周期，持续降低车辆企业的运行成本。基于此，本文将主要论述侧围模具开发中模面精细化技术的应用研究。

关键词：侧围模具;模面精细化技术;应用研究

0 引言

模面技术作为汽车覆盖件设计中的重要环节，其模面的精细程度决定着整体车辆的质量。设计人员应该综合侧围模具开发技术，引入网格模型管理，以仿断模面的优劣，综合应用CAD技术，加快前期的数据耦合速度，并通过有限元数值分析技术实现整体的模具精细化管理。

1 侧围模具开发中模面精细化技术的概述

目前国内外市场行业的竞争越来越激烈，对车型也有多元化的要求。侧围模具占据着车辆的主体，与一般的沖压件相比，侧围模具的尺寸结构较大，形状复杂，对尺寸的精度以及表面质量较高，管理人员应该综合模面的具体变化，保证各点受力均匀，在符合流体力学的基础上，最大程度上提高车辆造造型的美学价值，保证车辆安全稳定运行[1]。

国内大部分模面设计采用UGII进行基础构建，通过一个曲面作为压料面，再进行后续的轮廓线提取，在边缘线与压料面之间形成截面线，这种模具的设计方法简单高效。但存在着一定的缺陷，管理人员应该综合考量侧围模具的实际价值，有效降低前期的工作量，实现整体层面上的参数化设计，在减少物料的基础上提高内部质量，并通过网格化的建模方式，快速定位、调整参数的快速，以宽度，高度，半径，角度等重要参数入手，完成多角度的侧围模具精细化管理。

2 侧围模具开发中模面精细化技术存在的问题

2.1 精细化管理存在难度

我国模面生产技术生产体系形成较晚，侧围模具的设计与制造成为了阻碍我国汽车工业发展的一个瓶颈[2]。精细化管理更是汽车生产中的一个难点，主要问题在于缺少数据，设计周期较长，模具的冲压质量不稳定，表面易受到磨损，需要反复试验后才能投入市场。增加了车辆企业的隐形成本，同时也降低了在消费者心中的口碑，国内大部分车辆厂商需要进口材料，车辆成本居高不下。

2.2 生产水平与市场要求不符

精细化的模具生产需要在高冲击力、高载荷力的状态下集中工作，而长时间的高强度工作，很容易因为疲劳导致侧围模具产生的局部永久性形变或破裂失效，严重影响了消费者的模具的使用体验。此外，消费水平不断提高，消费者对于汽车质量的要求也趋向于多元化、集约化，现有的模具设计流程已经不能满足消费者的具体要求，因此模面精细化技术至关重要。

2.3 模具结构的研合率较低

研合率是模具验收的重要标准之一，在模具验收时一般要求研合率达到90%以上方为合格。部分商家为了提高研合率，大规模应用补偿和强压措施以，以防止模具变形，但在实际生产过程中，模具使用时间过长，导致研合率快速下降的问题，需要后期钳工进行调试，加大基础的工作量。部分消费者对研合率掌握程度不够，一旦发生问题不能预判可能出现的危险，导致模面精细化技术往往达不到预期质量。

3 侧围模具开发中模面精细化技术的应用措施

3.1 综合考量多种影响因素

侧围模具作为汽车车身的重要组成部分，主要起着覆盖车身内部结构，有效提高车辆外在形象的作用。侧围模具作为车辆的门面，对质量要求严格而多元。因此设计人员在进行前期的设计管理时，应该综合考量消费者的真实意愿，保证整体尺寸、厚度与市场主流审美保持一致，综合车辆的翼子板、前盖等基础构件实现整体形象的搭配，并满足间隙面差的基本要求。比较侧围模具机构的受力关系，利用显示屏对侧围模具进行线性的扫描，以直流信号系统来综合测量侧围模具的应力。综合波形特点，实现了模面精细化技术集成测量的目的。通过计算机控制系统对不同数据进行拆分、统计、对比形成一个完整的3D侧围模具数据共享平台，实现模面精细化管理体系的自动录入、检验、输出。

例如，在设计人员要综合车辆的具体形态与受众人群，动态调整车门与侧围模具之间的间隙差，充分展现出车辆本身的外在形态，提高模面的精确度。综合应用CAE技术，有效解决模具拉伸、起皱的质量问题[3]。并做好前期的风险预测，通过计算机持续进行风险优化，在模面精细化预案成熟之后才能进入下一环节的生产大大减少安全实验次数，帮助持续企业改善侧围模具的质量，从根本上提高企业的核心竞争力。

3.2 引入有限元分析计算

利用有限元以节点位移、未知量进行建模分析，并综合应用矩阵阶数与单位等效方程，根据变分原理，取得侧围模具函数的极值，保证模面结构能够持续离散化。离散化作为有限元方程的核心思想，离散方程将连续的模具分割成单一的微小单元，单元与单元之间通过固定的节点进行关联，其外观上有特定的网络形状。因此相关人员可以进行等效的计算，减少工作步骤。考虑侧围模具材料的弹性，拟合建立等效方程，并采用系统方程求解的方法。有限元方式的也存在弊端，一旦侧围模具质量本身较大，虚拟速度虚拟动量以指数型增长，导致建模结果与真实值存在着一定的偏差，近似精度不足。设计人员要不断协调二者在生产之间的矛盾，尽可能的提高成形的侧围模具精度，通过结构分析，减少计算机的计算时间，强化侧围模具压强影射的不确定分析。综合支撑结构的变形，建立起相应的数学模型，利用椭圆积分推导侧围模具不同情况下的研合率，最后通过有限元方法证明所建模型的正确性，减少模面精细化技术在实践过程中出现的误差。

例如，设计人员可以引入隐式方程，依据动力松弛的原理，优化模面精细化技术，经过大量的迭代计算，利用计算机进行临界值的模拟，快速拟合出测模侧围模具动力学问题。实现对屈服强度与弹性塑体的动力水平分析，相关人员应该准确分析侧围模具内部耦合关系，建立以弹性模量、屈服极限、硬化模量为主要特征参数的有限元模式，实现对侧围模具的极限精度管理，合理将将屈服的边界应力空间想象成为一个曲面，如果应力状态在曲面之间材料仍处于弹性状态，一旦应力状态超过屈服面，则材料转变为塑性状态。综合幂指数硬化弹塑性模型与HILL弹性模型计算出，以侧围模具为主应力的平面等效应力。

3.3 強化网格计算在侧围模具中的开发

侧围模具作为汽车车身的重要组成部分，科技人员用明确具体的参数管理通过三维模式图，分析侧围模具在应用过程中出现的问题，做好前期的参数管理，积极引入微元法进行精细化管理。同时作为设计人员也要不断提高自己的专业技能，以市场需求为导向。不断简化计算，减少网格数量，提高模具的耦合程自动分析数据存在的偏差，实现有效的模具精细化管理。

例如，在模具制造过程中要制定好相应的衡量标准，综合考量侧围模具的结构特点，根据设计图掌握侧围模具的结构特点和用途，以用途推测结构，综合考虑客户要求，明确尺寸公差以及表面活性。综合应用热处理，冷处理等方法，提高侧围模具制造精度，同时在保证模具质量的前提下，最大限度地降低成本，不断扩大侧围模具的标准化应用范围。

3.3.1 网格数量

网格数量作为有限元的基础影响模式，管理人员应该强化网格划分详细程度与生产时间的反比例关系，分析效率与精度之间的利弊关系，在完成工期的基础上，细化网格程度以，保证侧围模具的精准度。

3.3.2 网格密度

网格分布不均匀，网格密度也比较分散，几何特征多的区域，应力相对集中，因此管理人员需要综合进行局部细分，保证侧围模具整体结构规则有序，突出重点，通过合理分配有限的网络资源，完善网格细化管理，实现侧围模具的细节优化。

3.3.3 网格基本单元选择

就基础的模具结构而言，一般常用四面体六面体或者是混合体，我国目前的技术四面网格划分技术已经非常成熟，而六面体的网格能力划分有待提高。于四面体相比六面体网格划分难度较大。因此设计人员在选择时最好以四面体为基础，在细节方面融入一定的六面体网格划分，实现模面精细化管理。

3.3.4 模具接触设置

侧围模具会出现大量的接触行为，设计人员需要通过模型定义，以接触类型为标准，分为单面接触、点接触、线接触等等。对不同接触类型施加特定的外界人工干预手段，综合以模具的凹凸性质、圆角关键因素入手，持续优化接触的类型。

3.4 形成模面精细化的闭环控制

设计人员要对侧围模具进行量化分析，通过数字化的指标，分析模面精细化技术质量，规避侧围模具生产中存在风险。规避项目风险的最根本措施，还是需要计算机信息系统集成项目，在开展的每一个阶段都顺利进行，基础人员要各司其职，尽心自尽责，做好每一项任务，坚持模面精细化管理的核心目标，合理下达分配管理任务，将责任切实落实到每个部门的员工，定期对侧围模具进行质量安全检验。形成模面精细化技术闭环控制，实现侧围模具参数的动态调整，完成全自动化的启动关闭，保证模面精细化技术不断发展。

例如，工作人员要利用数据的集成标准，将处理，交流等基础功能联系起来，设侧围模具的屈服极限为σs，t1为柔性梁的宽度，则A处不发生塑性变形的最大弯矩为自变量，则施加在导向梁上的力为FS≤2MAl1+l2=4MAL，通过数据经验，保证侧围模具的可持续发展，实现侧围模具的二次应用研发，并鼓励基层主动发布检验任务，将问题转化为事件，纳入后续的数据处理中。并根据试验指标侧围模具对进行综合评估，强化极限强度、使用技术条件的基础标准。运用科技化手段将消费者的真实需求转化为侧围模具技术参数，构建3D模拟平衡体系，以参数的动态化管理，运用标准化的生产机制，以动态化、平衡化的方式来保证侧围模具生产顺利进行，实现模面精细化技术的快速应用。

4 结语

目前汽车产业迅速发展，汽车厂商为了占据大量的市场份额，满足消费者的多样化要求，必须要持续调整汽车的侧面模具，在传统的外形基础上引入独特的造型走线，通过模面精细化技术，推动大规模侧围模具的应用。

参考文献

[1] 孙晓，陆腾君.卡车侧围模面成形仿真及模面设计优化研究（上）[J].锻造与冲压，2017（12）：54-56.

[2] 王瑜.浅谈模面工程[J].锻造与冲压，2016（22）：67-72.

[3] 沈现青，黄昭明，陈森林，等.基于CAE技术的轿车前围板全工序模面设计方法[J].南京工程学院学报（自然科学版），2019，17（1）：14-18.