側圍模具開發中模面精細化技術的應用研究

毛興寬

摘 要：汽車產業快速發展，市場競爭趨于飽和，新車型的開發速度也就越來越快。因此設計人員應該積極引入側圍模具開發技術，提高模面的精細程度，通過數據計算，實現模面的精細化管理，持續優化模具的開發進程，有效縮短開發周期，持續降低車輛企業的運行成本?；诖?，本文將主要論述側圍模具開發中模面精細化技術的應用研究。

關鍵詞：側圍模具;模面精細化技術;應用研究

0 引言

模面技術作為汽車覆蓋件設計中的重要環節，其模面的精細程度決定著整體車輛的質量。設計人員應該綜合側圍模具開發技術，引入網格模型管理，以仿斷模面的優劣，綜合應用CAD技術，加快前期的數據耦合速度，并通過有限元數值分析技術實現整體的模具精細化管理。

1 側圍模具開發中模面精細化技術的概述

目前國內外市場行業的競爭越來越激烈，對車型也有多元化的要求。側圍模具占據著車輛的主體，與一般的沖壓件相比，側圍模具的尺寸結構較大，形狀復雜，對尺寸的精度以及表面質量較高，管理人員應該綜合模面的具體變化，保證各點受力均勻，在符合流體力學的基礎上，最大程度上提高車輛造造型的美學價值，保證車輛安全穩定運行[1]。

國內大部分模面設計采用UGII進行基礎構建，通過一個曲面作為壓料面，再進行后續的輪廓線提取，在邊緣線與壓料面之間形成截面線，這種模具的設計方法簡單高效。但存在著一定的缺陷，管理人員應該綜合考量側圍模具的實際價值，有效降低前期的工作量，實現整體層面上的參數化設計，在減少物料的基礎上提高內部質量，并通過網格化的建模方式，快速定位、調整參數的快速，以寬度，高度，半徑，角度等重要參數入手，完成多角度的側圍模具精細化管理。

2 側圍模具開發中模面精細化技術存在的問題

2.1 精細化管理存在難度

我國模面生產技術生產體系形成較晚，側圍模具的設計與制造成為了阻礙我國汽車工業發展的一個瓶頸[2]。精細化管理更是汽車生產中的一個難點，主要問題在于缺少數據，設計周期較長，模具的沖壓質量不穩定，表面易受到磨損，需要反復試驗后才能投入市場。增加了車輛企業的隱形成本，同時也降低了在消費者心中的口碑，國內大部分車輛廠商需要進口材料，車輛成本居高不下。

2.2 生產水平與市場要求不符

精細化的模具生產需要在高沖擊力、高載荷力的狀態下集中工作，而長時間的高強度工作，很容易因為疲勞導致側圍模具產生的局部永久性形變或破裂失效，嚴重影響了消費者的模具的使用體驗。此外，消費水平不斷提高，消費者對于汽車質量的要求也趨向于多元化、集約化，現有的模具設計流程已經不能滿足消費者的具體要求，因此模面精細化技術至關重要。

2.3 模具結構的研合率較低

研合率是模具驗收的重要標準之一，在模具驗收時一般要求研合率達到90%以上方為合格。部分商家為了提高研合率，大規模應用補償和強壓措施以，以防止模具變形，但在實際生產過程中，模具使用時間過長，導致研合率快速下降的問題，需要后期鉗工進行調試，加大基礎的工作量。部分消費者對研合率掌握程度不夠，一旦發生問題不能預判可能出現的危險，導致模面精細化技術往往達不到預期質量。

3 側圍模具開發中模面精細化技術的應用措施

3.1 綜合考量多種影響因素

側圍模具作為汽車車身的重要組成部分，主要起著覆蓋車身內部結構，有效提高車輛外在形象的作用。側圍模具作為車輛的門面，對質量要求嚴格而多元。因此設計人員在進行前期的設計管理時，應該綜合考量消費者的真實意愿，保證整體尺寸、厚度與市場主流審美保持一致，綜合車輛的翼子板、前蓋等基礎構件實現整體形象的搭配，并滿足間隙面差的基本要求。比較側圍模具機構的受力關系，利用顯示屏對側圍模具進行線性的掃描，以直流信號系統來綜合測量側圍模具的應力。綜合波形特點，實現了模面精細化技術集成測量的目的。通過計算機控制系統對不同數據進行拆分、統計、對比形成一個完整的3D側圍模具數據共享平臺，實現模面精細化管理體系的自動錄入、檢驗、輸出。

例如，在設計人員要綜合車輛的具體形態與受眾人群，動態調整車門與側圍模具之間的間隙差，充分展現出車輛本身的外在形態，提高模面的精確度。綜合應用CAE技術，有效解決模具拉伸、起皺的質量問題[3]。并做好前期的風險預測，通過計算機持續進行風險優化，在模面精細化預案成熟之后才能進入下一環節的生產大大減少安全實驗次數，幫助持續企業改善側圍模具的質量，從根本上提高企業的核心競爭力。

3.2 引入有限元分析計算

利用有限元以節點位移、未知量進行建模分析，并綜合應用矩陣階數與單位等效方程，根據變分原理，取得側圍模具函數的極值，保證模面結構能夠持續離散化。離散化作為有限元方程的核心思想，離散方程將連續的模具分割成單一的微小單元，單元與單元之間通過固定的節點進行關聯，其外觀上有特定的網絡形狀。因此相關人員可以進行等效的計算，減少工作步驟?？紤]側圍模具材料的彈性，擬合建立等效方程，并采用系統方程求解的方法。有限元方式的也存在弊端，一旦側圍模具質量本身較大，虛擬速度虛擬動量以指數型增長，導致建模結果與真實值存在著一定的偏差，近似精度不足。設計人員要不斷協調二者在生產之間的矛盾，盡可能的提高成形的側圍模具精度，通過結構分析，減少計算機的計算時間，強化側圍模具壓強影射的不確定分析。綜合支撐結構的變形，建立起相應的數學模型，利用橢圓積分推導側圍模具不同情況下的研合率，最后通過有限元方法證明所建模型的正確性，減少模面精細化技術在實踐過程中出現的誤差。

例如，設計人員可以引入隱式方程，依據動力松弛的原理，優化模面精細化技術，經過大量的迭代計算，利用計算機進行臨界值的模擬，快速擬合出測模側圍模具動力學問題。實現對屈服強度與彈性塑體的動力水平分析，相關人員應該準確分析側圍模具內部耦合關系，建立以彈性模量、屈服極限、硬化模量為主要特征參數的有限元模式，實現對側圍模具的極限精度管理，合理將將屈服的邊界應力空間想象成為一個曲面，如果應力狀態在曲面之間材料仍處于彈性狀態，一旦應力狀態超過屈服面，則材料轉變為塑性狀態。綜合冪指數硬化彈塑性模型與HILL彈性模型計算出，以側圍模具為主應力的平面等效應力。

3.3 強化網格計算在側圍模具中的開發

側圍模具作為汽車車身的重要組成部分，科技人員用明確具體的參數管理通過三維模式圖，分析側圍模具在應用過程中出現的問題，做好前期的參數管理，積極引入微元法進行精細化管理。同時作為設計人員也要不斷提高自己的專業技能，以市場需求為導向。不斷簡化計算，減少網格數量，提高模具的耦合程自動分析數據存在的偏差，實現有效的模具精細化管理。

例如，在模具制造過程中要制定好相應的衡量標準，綜合考量側圍模具的結構特點，根據設計圖掌握側圍模具的結構特點和用途，以用途推測結構，綜合考慮客戶要求，明確尺寸公差以及表面活性。綜合應用熱處理，冷處理等方法，提高側圍模具制造精度，同時在保證模具質量的前提下，最大限度地降低成本，不斷擴大側圍模具的標準化應用范圍。

3.3.1 網格數量

網格數量作為有限元的基礎影響模式，管理人員應該強化網格劃分詳細程度與生產時間的反比例關系，分析效率與精度之間的利弊關系，在完成工期的基礎上，細化網格程度以，保證側圍模具的精準度。

3.3.2 網格密度

網格分布不均勻，網格密度也比較分散，幾何特征多的區域，應力相對集中，因此管理人員需要綜合進行局部細分，保證側圍模具整體結構規則有序，突出重點，通過合理分配有限的網絡資源，完善網格細化管理，實現側圍模具的細節優化。

3.3.3 網格基本單元選擇

就基礎的模具結構而言，一般常用四面體六面體或者是混合體，我國目前的技術四面網格劃分技術已經非常成熟，而六面體的網格能力劃分有待提高。于四面體相比六面體網格劃分難度較大。因此設計人員在選擇時最好以四面體為基礎，在細節方面融入一定的六面體網格劃分，實現模面精細化管理。

3.3.4 模具接觸設置

側圍模具會出現大量的接觸行為，設計人員需要通過模型定義，以接觸類型為標準，分為單面接觸、點接觸、線接觸等等。對不同接觸類型施加特定的外界人工干預手段，綜合以模具的凹凸性質、圓角關鍵因素入手，持續優化接觸的類型。

3.4 形成模面精細化的閉環控制

設計人員要對側圍模具進行量化分析，通過數字化的指標，分析模面精細化技術質量，規避側圍模具生產中存在風險。規避項目風險的最根本措施，還是需要計算機信息系統集成項目，在開展的每一個階段都順利進行，基礎人員要各司其職，盡心自盡責，做好每一項任務，堅持模面精細化管理的核心目標，合理下達分配管理任務，將責任切實落實到每個部門的員工，定期對側圍模具進行質量安全檢驗。形成模面精細化技術閉環控制，實現側圍模具參數的動態調整，完成全自動化的啟動關閉，保證模面精細化技術不斷發展。

例如，工作人員要利用數據的集成標準，將處理，交流等基礎功能聯系起來，設側圍模具的屈服極限為σs，t1為柔性梁的寬度，則A處不發生塑性變形的最大彎矩為自變量，則施加在導向梁上的力為FS≤2MAl1+l2=4MAL，通過數據經驗，保證側圍模具的可持續發展，實現側圍模具的二次應用研發，并鼓勵基層主動發布檢驗任務，將問題轉化為事件，納入后續的數據處理中。并根據試驗指標側圍模具對進行綜合評估，強化極限強度、使用技術條件的基礎標準。運用科技化手段將消費者的真實需求轉化為側圍模具技術參數，構建3D模擬平衡體系，以參數的動態化管理，運用標準化的生產機制，以動態化、平衡化的方式來保證側圍模具生產順利進行，實現模面精細化技術的快速應用。

4 結語

目前汽車產業迅速發展，汽車廠商為了占據大量的市場份額，滿足消費者的多樣化要求，必須要持續調整汽車的側面模具，在傳統的外形基礎上引入獨特的造型走線，通過模面精細化技術，推動大規模側圍模具的應用。

參考文獻

[1] 孫曉，陸騰君.卡車側圍模面成形仿真及模面設計優化研究（上）[J].鍛造與沖壓，2017（12）：54-56.

[2] 王瑜.淺談模面工程[J].鍛造與沖壓，2016（22）：67-72.

[3] 沈現青，黃昭明，陳森林，等.基于CAE技術的轎車前圍板全工序模面設計方法[J].南京工程學院學報（自然科學版），2019，17（1）：14-18.