　　汽车工业是国家经济发展中的支柱产业，2017 年，全球汽车销量首次突破9,000万辆，而中国作为全球最大的汽车市场,共销售乘用车2,471.82万辆，中国制造2025对节能与新能源汽车发展有重要指示，把制造技术纳入到路线图,节能与新能源汽车制造技术路线图的发展思路是以绿色制造、智能制造、优质制造、快速制造为主线，以智能制造为主攻方向，在满足节能降耗的同时提高制造精度。在车身材料方面以铝、镁合金和碳纤维复合材料为重点,逐步掌握轻量化制造技术,因此上述新材料的开发与制造离不开汽车模具的实现。根据数据统计，大多数车型的研发与更新的重点在于车身外观，而且白车身占比约整车的 30%50%;从车型更新成本上看，轿车白车身占比约为整车开发成本的40%60%,在白车身的结构中，冲压件占了95%以上。对于冲压而言，材料利用率高低反映出企业技术和管理水平,也是影响经济效益的指标之一。发达国家材料利用率已达到75%以上，国内企业一般有55%70%，甚至更低，对于以消耗钢板为主的冲压来说，材料利用率提升1%，整车成本降低30元。因此研究冲压件的材料利用率对节能与新能源汽车的绿色制造和智能制造起着关键的作用，能够显著降低车企的研发成本。

　　本文以某侧围外板为研究对象，对侧围外板的废料进行了合理的划分和利用，通过对废料合理利用的工艺排布、分析以及结构设计，实现了 9个制件共模开发的成形方案。为汽车覆盖件冲压成形材料利用率的提高和一模多件的成形方案提供了理论依据。

　　2材料利用率分析

　　2.1传统侧围材料利用率

　　汽车冲压件尺寸最大、材料利用率最低的制件主要有侧围，汽车侧围由于需要与顶盖、门、轮罩等覆盖件进行装配，因此其形状非常复杂，在成形过程中，使用的坯料都是先通过落料模生产得到，侧围中的门洞，前后侧废料尺寸一般较大，需要在落料过程中通过切断滑出。

　　图1是传统侧围落料模的排样简图，从图1中可以看出，周边废料1、4、5部分已经被切断当作废料排出。中间门洞内的废料2和3部分也未考虑重复利用，其中门洞废料长方向尺寸约700mm，切断后排出废料滑槽中。车身材料利用率的计算方法大致相同，本文涉及到的钢材利用率是指钢材利用在汽车本身的比重，一般以制件的重虽或体积进行计算。式(1) 为钢材利用率表达式，经过计算传统的侧围外板材料利用率仅为43%。

　　2.2新型侧围落料模材料利用率

　　为了能够合理有效的利用侧围外板的废料区域，首先根据侧围板料材质、板厚和落料模废料尺寸，拟定出相应的小制件清单，通过不同的位置排布，分析小制件是否可以通过相互拼凑的方式来占据落料模废料尺寸空间，其次对其成形性进行分析评估，最后制定出几个排列方案。

　　对上述排列方案首先采用Autoform成形分析软件进行分析，当结果无重大起皱、开裂等明显缺陷时，进一步对小制件相互的位置进行移动和优化，当小制件的成形性较差时，可考虑更换其他制件。当所有制件的拉伸、修边以及整形都满足工艺和模具结构空间时，整个工艺方案完成。

　　图2为拟定的新型侧围落料模排样简图，从图2 中可以看出，周围废料和门洞的废料区域都规划了其他的小冲压件，其中在门洞两边布置顶盖轨道、侧边面板、尾灯安装板;在侧围的轮廓外围布置挡泥板、尾灯安装板、尾板加强板X柱内板、尾边板。

　　对该新型方案的材料利用率进行分析。由于使用的侧围板厚为0.65mm，废料重量约为8.Ukg，冲压出来的所有制件重量占整个坯料的55%，计算得到该方案的材料利用率约为80%。其次从落料压机数量进行分析，釆用上述组合落料模大幅节省了落料压料的数量，从厂房、设备以及能源消耗上有效地降低了企业的各项成本。

　　3模具结构设计

　　3.1 OP10拉伸模的设计

　　制件的工艺方案排布后，需要依靠合理的模具结构来实现，以图3a中的前期规划出能够共模生产的4 个制件为研究对象，首先对结构进行相对位置的布局，然后对制件进行工艺补充面的设计，如图3b所示，根据拟定的模具尺寸布置顶杆、导正架和平衡块等关键结构。

　　由于多制件共模的拉〖申模设计难度远高于普通一漠一件的拉渖漠因此针对制件相互距离较近.空间分布紧凑的现状在布S平衡块，导正架等组件时，要综合考虑：其次由于割件轮奪的不规则，多组制 f牛的顶扦位置和Itfii需仔细计算.同时需考虑压边圈受力的平衮性：最舌考虑到每组詞丨牛都有推料气缸. 在设汁气路连接时.要考患气动导正架的同步性.稳定性，可谓性等：当模具设计完或舌需要采用自动化干涉软f牛对结构S疔模拟分折S OP10拉伸模结构如图4丐示..

　　3.2： OP20修边模的设计

　　拉伸模设计完成后，需要对制件轮廊迸行修边，首先对OP20的工艺内容进行排布：废料滑落空间，吸盘位置.制件定位方式和位置.工作内容受力是否均衡是多制件共模的主要考虑的内容：

　　多制件共模的修边模设计难度远高于普通一模一件的拉伸模，由于制件相互距离较近，在设计中预留合理的间隙，防止结构在运动过程中干涉。其次制件的定位布置，平衡块的布置，压料器的强度，防侧向力的机构需要逐步解决，当上述关键结构布置完成后，还需要对多个废料共滑槽的情形进行设计，防止滑槽角度不够无初始动能的情形OP20切边模如图 5所示。

　　3.3 OP30整形修边复合模的设计

　　一般而言，涉及到侧整修边的模具较为复杂，在这里多制件的上翻、切断、下整等工作内容都需要在这一工序完成，因此在工艺排布时，需要将关键的结构以简单构想图的方式表达出来，然后对其可行性进行验证。图6a为修边整形模的工序内容，图6b为其整形模的下模结构。在涉及过程中需要考虑斜楔机构的行程、压料器与斜楔之间的运动关系等关键内容，防止斜楔未完全退出与压料器进行干涉。

　　4压料器强度设计

　　虽然模具在工艺排布和结构设计中满足了一模多件的空间需求,但在OP30修边整形复合模中，工作内容复杂且繁多，压料器为了躲避工作组件，经常出现筋薄，筋间距较大，多处过桥筋等问题，在设计过程中若没有正确考虑铸造加工工艺，极易存在比较明显的应力集中现象，图7为OP30压料器局部较为薄弱区域，在模具结构设计过程中，由于需要对铸件进行合理的避空，以免造成某些区域Y方向的悬空较大，使得压料器的结构强度变弱。

　　为了分析改进后的压料器结构安全系数，现采取abaqus大型通用有限元软件对压料器的结构进行分析。在加载过程中，首先对型面部分施加压料力和重力、其次对型面轮廓边缘面施加剪切力，边界条件模拟实际压料过程中的几何约束。经过计算，图 8a为压料器的等效应力分布图，可以看出最大应力为373MPa，小于压料器材质的抗拉强度，薄弱区域的应力数值约在75MPa左右。图8b为薄弱区域的Z 方向的变形分布图，变形约为0.035mm，满足模具的刚度结果。从理论上分析，虽然薄弱区域中Y方向的悬长达到了 638mm，但其结构具有较高的安全系数, 排除铸造缺陷、或加工应力集中，不会造成结构的脆性断裂。

　　5结论

　　(1) 将侧围外板废料采用一模多件成形方案，材料利用率能够提高约35%。同时大幅节省了落料压料的数量，从厂房、设备以及能源消耗上有效的降低了企业的各项成本。

　　(2) 在对一模多件的模具结构进行设计时，需要根据制件之间的相对位置关系对结构部件进行合理排布，当压料器等结构较为薄弱时有必要釆用有限元分析来评估其安全系数。

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