邢博雄 韩立军
长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000
摘要：由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。本设计对车体壳进行的冲压模具设计，利用UG软件对其进行三维建模，由于其直观可靠等特点，能对更准确的设计模具提供了帮助。同时明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。
关键词：车体；冲压模具；设计制造
引言
安全性是出行要考虑的首要问题，各种车辆数量的增加导致交通事故的频发，交通意外成为人们出行中的隐患，威胁着人们的生命安全。汽车侧面有车门，且中间部位是悬空的，因此汽车侧面是车体中强度较为薄弱的部位。由于车门和乘员之间的空间距离相对较小，发生侧面碰撞时没有足够大的空间产生结构变形来吸收撞击能量以确保成员的安全。
1 冲压件的工艺分析
冲压件的形状及尺寸，首先要对对冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能进行分析。工艺分析就是对产品的的冲压工艺方案进行技术和经济上的可行性论证，确定冲压工艺性的好坏。凡冲压工艺性不好的，可会产品设计人员，在保证产品使用要求的前提下，对冲压件的形状、尺寸、精度要求及原材料做必要的修改。
2 冲压工艺方案的确定
根据模具制造安装调整的难易程度和成本的高低来确定对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整比较容易，而且成本较低。根据操作是否方便与安全来确定复合冲裁出件或清除废料较困难，工件安全性较差，级进冲裁较安全。
2.1 确定冲压工艺方案
从零件图可看出，该零件包括冲孔、多次冲裁外形和落料等
基本工序，可以采用以下三种工艺方案：方案一：先落料，再冲孔，最后弯曲。单工序模生产。
方案二：冲孔—弯曲—落料级进冲压。级进模生产。
方案三：落料—冲孔弯曲复合冲压。复合模生产。
表1各类模具结构及特点比较
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2.2 三种方案对比分析
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，而且冲件较小，难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便安全，精度也能满足要求。
方案三虽然精度高，生产率也较高，但不及级进模，而且不安全。
通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。
3 模具总体设计
刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取(0．2～0．5)t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，所得冲裁零件质量较好，平直度高，主要用于料厚小于或等于2mm的板料。卸料板与凸模之间的单边间隙选择(0．1～0．2)t,若弹压卸料工件平直度较高，料厚为0．8mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。
本次设计是对车体壳做的级进模设计。首先，我对冲压件即车体壳进行了工艺分析，然后对模具类型进行分析选定，通过对模具工作零件严谨的设计和计算，利用UG三维制图软件对模具进行了三维建模，再经过校核确定，最终得到了模具整套零件图。
本次设计中，对模具冲裁凸模和凹模刃口尺寸、弯曲部分工作零件工作部分尺寸进行了详细的计算，校核并选用了卸料弹簧、弯曲压料弹簧，通过校核，确定了冲裁凸模工作部分的长度以及压力机的选用，校准了压力中心，对模具零件进行了详细设计。最后，在有三维模型的环境下，对模具进行了更合理的改进。
4 热冲压成形工艺概述
高强度钢可以显著提高车身强度，减薄钢板厚度，其主要通过热冲压成形方法加工。热冲压成形工艺流程包括下料、加热保温、移料、冲压成形和冷却淬火几个过程。其原理是先将板料加热保温使板料组织奥氏体化，奥氏体化的板料在高温下具有较好的流动性，有利于冲压成形，然后将板料快速移到具有冷却系统的模具内进行冲压成形，成形的同时也在模具内进行冷却淬火，使板料组织由奥氏体转变为马氏体，进而提高了制件强度和硬度。热成形工艺过程如图1所示。热成形模具冷却系统的设计是热冲压成形的关键技术，冷却系统的设计直接影响模具的冷却性能，进而影响工件的显微组织和力学性能，是热冲压成形工艺中的核心。
热冲压模具的冷却系统主要设在热冲压模具内部，冷却系统设有不同结构的冷却管道，冷却管道内通入冷却介质，目前，实际生产中通入的冷却介质一般为水。在冲压成形过程中，板料与模具表面接触进行热交换，模具上的热量与其内部的冷却通道内的冷却介质进行热对流，同时模具和板料也会对外界进行热辐射。冷却通道的常见设计方法有直通式、分块式和随形式。直通式设计的模具加工方法相对简单，这种方法适用于形状简单的小型模具，对于复杂模具，较难保证冷却均匀。分块式设计是将模具分块，每个分块都设有独立的冷却通道，使用时将各分块拼接组合，块上的各冷却通道也相互对齐拼接，形成整体或局部贯通的冷却系统，此种方法适用于形状复杂的模具，分块可简化形状复杂模具冷水通道加工难的问题，但相对直通式通道的模具，其结构较复杂。随形冷却系统的冷却管道可以随模具模面形状变化而变化，可以保证冷却管道中心至模面的距离处处相等，从而保证模具的冷却均匀性。但随形冷却水道模具设计和加工也比较难，强度和成本上仍不占优势。因此，模具冷却管道的设计有待进一步研究。
5 结语
目前，国内外对于热冲压成形模具冷却系统的研究主要集中于圆形冷却管道尺寸、管道侧壁间距、管道和模具表面间距以及冷却管道分布等参数的优化设计和模拟，较少关注模具冷却系统的冷却管道形状、结构以及不同形式的冷却管道等对冷却效果的影响。针对强度钢热冲压模具冷却管道，未来要继续对管道形状、布局和结构设计进行优化，例如，可将微孔流道冷却系统应用于热冲压模具，对微孔流道进行优化设计。由于汽车轻量化的发展，高强度钢已广泛应用于汽车零部件制造中，高强度钢的热成形工艺成为主要研究方向，热冲压模具的关键技术冷却系统研究是热冲压成形工艺的核心。对热冲压模具的冷却管道形状、布局和结构设计进行优化，可为汽车轻量化技术提供一定的参考价值。
参考文献：
[1]黄英.高强度钢板冲压模具冷却系统优化数值分析研究［D］.长春：吉林大学，2012.
[2]代尚军.超高强度钢热成形模具冷却系统研究［D］.长春：吉林大学，2014.