CN105268865A - 汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法。该设计方法根据汽车外覆盖件特征线的圆角半径R来确定凹凸模加工圆角半径R_加，当R≤3mm，凹凸模加工圆角半径R_加＝0mm；当3mm<R<4mm，凹凸模加工圆角半径R_加＝1.5mm；当R≥4mm，凹凸模加工圆角半径R_加＝R-2mm。本发明提供的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，能在保证特征线尺寸精度和外覆盖件整体成形质量的同时，能大幅降低后期钳工调试的强度与难度，缩短整个模具制造周期。

Description

汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法

技术领域

本发明涉及一种汽车外覆盖件模具型面设计方法，特别是设计一种汽车外覆盖件的特征线区域的模具型面的设计方法。

背景技术

在现今汽车制造领域，为迎合主流消费群体对于汽车造型的审美观，汽车外覆盖件特征线的圆角普遍被设计得较小。要同时保证小圆角特征线的尺寸精度和外覆盖件整体的成形质量，无疑会大大提高对汽车冲压模具型面精细设计、模具加工制造精度和钳工调试水平三方面的要求。其中，模具型面精细设计作为前沿环节，对后续的模具加工以及钳工调试质量的高低有着根源性的影响。优异的模具型面精细设计，使得模具在加工阶段就能避免大部分缺陷产生的可能性，有效地降低冲压件的缺陷、减少由回弹等因素引起的尺寸精度问题，大大降低后期钳工调试的强度与难度，减少调试工作量，对整个外覆盖件模具制造周期的缩短和成本的降低，都具有重要意义。

目前，在汽车外覆盖件特征线成型方面，国内各大汽车厂商都在研发特征线尖锐化模面处理技术，但尚未形成效果令人满意的统一认识，带有大量不确定性，外覆盖件特征线最终成型质量依然在很大程度上需要依赖钳工的调试水平。且经各种特征线方案的尝试，发现在汽车外覆盖件的生产调试过程中经常出现特征线不清晰、特征线不够尖锐等多种问题，这往往增加了模具调试难度，延长了模具制造周期，提高了制造成本，对整个项目的推进增添了难度。因此，汽车外覆盖件特征线区域的模面的设计方法是汽车外覆盖件成型上的一大技术难关。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，在保证特征线尺寸精度和外覆盖件整体成形质量的同时，能大幅降低后期钳工调试的强度与难度，缩短整个模具制造周期。

为解决上述技术问题，本发明提供的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，包括如下步骤，

根据所述汽车外覆盖件特征线的圆角半径R来确定凹凸模加工圆角半径R_加，

当R≤3mm，所述凹凸模加工圆角半径R_加＝0mm；

当3mm<R<4mm，所述凹凸模加工圆角半径R_加＝1.5mm；

当R≥4mm，所述凹凸模加工圆角半径R_加＝R-2mm；

根据本发明的一个实施例，根据所述汽车外覆盖件特征线的成型夹角α来确定凹模紧压量，当α<150°，确定所述凹模紧压量的范围是：0.05mm≤凹模紧压量<0.08mm；当150°≤α≤158°，确定所述凹模紧压量的范围是：0.08mm≤凹模紧压量<0.1mm；当α>158°，确定所述凹模紧压量的范围是：0.1mm≤凹模紧压量<0.15mm。

根据本发明的一个实施例，还根据所述汽车外覆盖件特征线的两侧曲率关系来确定凹模紧压规则，当所述汽车外覆盖件特征线的两侧曲率关系为正负曲率，且正、负曲率型面均较平坦的情况则确定所述凹模紧压规则为在负曲率一侧压紧；当所述两侧曲率关系为正负曲率，且正、负曲率型面均较陡的情况则确定所述凹模紧压规则为在正、负曲率两侧均实施紧压，但负曲率一侧的紧压量比正曲率一侧的紧压量多0.03mm～0.05mm；当所述两侧曲率关系为正正曲率，则确定所述凹模紧压规则为在正、负曲率两侧均实施紧压，且负曲率一侧的紧压量与正曲率一侧的紧压量相同；当所述两侧曲率关系为复合曲率，则确定所述凹模紧压规则为分别按正负曲率和正正曲率关系进行计算，再叠加所述特征线两侧的紧压量。

根据本发明的一个实施例，还包括根据所述汽车外覆盖件特征线的占模具属性来调整所述凹模紧压量，当所述占模具属性是贯穿特征线，则根据所述特征线成型夹角α来确定所述凹模紧压量；当所述汽车外覆盖件特征线的占模具属性是单边特征线，则根据所述特征线成型夹角α来确定的凹模紧压量的基础上增加0.05mm。

根据本发明的一个实施例，在确定所述凹模紧压系量后，选取刻槽宽度为0.2mm×0.2mm。

根据本发明的一个实施例，当所述汽车外覆盖件特征线的圆角半径R为变化值时，以最小的R值来确定所述凹凸模加工圆角半径R_加。

根据本发明的一个实施例，当所述汽车外覆盖件特征线的成型夹角α为变化值时，以最大的α值来确定凹模紧压量。

本发明提供的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，在保证特征线尺寸精度和外覆盖件整体成形质量的同时，能大幅降低后期钳工调试的强度与难度，缩短模具制造周期。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明一个实施例的特征线区域的模具型面的示意图。

图2是本发明一个实施例的测量弯曲距离BD值的一个示意图。

图3a是本发明一个实施例的以特征线圆角半径R为常数，对弯曲高度x求导的曲线图。

图3b是本发明一个实施例的以弯曲高度x为常数，对特征线圆角半径R求导的曲线图。

图3c是图3a和图3b的叠加。

图4a是本发明一个实施例的特征线两侧曲率关系为正负曲率的示意图。

图4b是本发明一个实施例的特征线两侧曲率关系为正正曲率的示意图。

图4c是本发明一个实施例的特征线两侧曲率关系为复合曲率的示意图。

图5是本发明一个实施例的特征线区域的模具型面的示意图

图6是本发明一个实施例的左前翼子板的结构示意图。

图7是图6的特征线区域的模具型面的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

本发明采取理论和实际相结合的方式，在以往尝试的各种外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法方案的基础上，分析外覆盖件特征线各理论参数。图1是特征线的区域的模具型面的示意图。如图所示，外覆盖件特征线各理论参数主要包括特征线圆角半径R、成型夹角α、两侧曲率关系、特征线占模具属性，根据这四个主要参数对特征线成型尺寸精度，例如实际成型圆角半径R的值、实际弯曲距离BD(Bendingdistance)值的影响，推导得出具有广泛适用性的特征线区域的模具型面设计工艺方法。

通过对多个外覆盖件的成型分析，具体来说影响特征线成型的理论参数分别有特征线圆角半径R、成型夹角α、特征线两侧曲率关系、特征线占模具属性四大因素。它们反映在模具型面精细化时的设计规律是：

(1)特征线圆角半径R决定了特征线成型的难易程度，R值越小越难成型。相应地，模具型面精细化设计时的凹凸模加工圆角R_加应按一定比率相适应的减小；

(2)特征线的成型夹角α是影响特征线区域弹性变形程度的重要因素，α值越大，弹性变形越难转化为塑性变形，成型后的回弹量也就越大。相应地，模具型面精细化设计时紧压量应越大，以将其回弹量尽可能控制在最小程度内。

(3)特征线两侧曲率关系有三方面需要说明的。一方面，特征线往往是外覆盖件型面上最突出的部分，拉延成形时间长，所以减薄率相对其他区域较高，故特征线区域需要紧压。第二方面，负曲率一侧回弹后特征线棱线感会减弱，故负曲率一侧的紧压要求相对正曲率一侧较高。第三方面，在正负曲率型面均较平坦的情况下，拉延成形时间较短，减薄率较小，模具型面精细化设计时仅负曲率一侧实施紧压；在正、负曲率型面较陡的情况下，拉延成形时间较长，减薄率较大，模具型面精细化设计时正负曲率两侧均实施紧压，但负曲率一侧的紧压量比正曲率一侧略多。通常正曲率体现在外覆盖件上是一个凸型面，负曲率体现在外覆盖件上是一个凹型面。

(4)特征线占模具属性分为贯穿和单边两种，贯穿是指从左至右贯穿模具型腔，如翼子板、门外板特征线，单边是指占据模具型腔的左边或右边，如侧围特征线。单边特征线与贯穿特征线相比较，其特征线两侧受力面积占比小且在模具型腔里处于受力不对称的状态。相应地，模具型面精细化设计时，单边特征线的紧压量应大于贯穿特征线的紧压量。

特别需要指出的是，特征线成型夹角α是影响特征线成型尺寸精度的一个重要因素，需要着重分析。

如图1所示，当特征线成型夹角α越大，则弯曲高度x和弧线宽度y越小，其中：

图2是本发明一个实施例的测量弯曲距离BD值的一个示意图。BD值的涵义为弯曲距离(Bendingdistance)：单曲线的检测，检测每条曲线需要有一个标称元素和一个实际元素，确定测量数据的表面曲率与CAD数据的表面曲率之间的偏差，特别适用于分析特征线。利用弯曲距离，可判定特征线是太尖还是太平。以虚拟形式将相关曲率曲线重叠起来，试图让它们与面片宽度的长度具有共同的弦线，此时，在标称圆21和实际圆22生成的距离k为弯曲距离。偏差值为正值：曲面的曲率太大，即实际半径太小；偏差值为负值：曲面的曲率太小，即实际半径太大。

图3a是本发明一个实施例的以特征线圆角半径R为常数，对弯曲高度x求导的曲线图。图3b是本发明一个实施例的以弯曲高度x为常数，对特征线圆角半径R求导的曲线图。图3c是图3a和图3b的叠加。通过图3c可见，两条求导线在特征线圆角半径R为158°时产生交集后逐渐远离。可见，当α>158°，特征线圆角半径R、实际弯曲距离BD值变化规律不相适应，无法达到相对平衡。因此，可以确定α＝158°是一临界值，若某车型特征线成型夹角α>158°，确定所述凹模紧压量是0.16mm。

设计具体车型项目的特征线区域的模具型面的设计方法方案时，应根据各参数的优先级依次进行分析后确定。首先，特征线圆角R大小确定了是否需要采取紧压；其次，特征线成型夹角α决定了使用多少的紧压量，α＝150°和α＝158°分别是两个临界值。总体上，α越大，所需紧压量越大；第三，特征线两侧型面曲率走势确定了特征线的一侧或两侧的实施紧压。第四，特征线占模具属性来确定模具的紧压系数。

图4a是本发明一个实施例的特征线两侧曲率关系为正负曲率的示意图。图4b是本发明一个实施例的特征线两侧曲率关系为正正曲率的示意图。图4c是本发明一个实施例的特征线两侧曲率关系为复合曲率的示意图。图4a至图4c表示了特征线两侧曲率关系在不同情况下的示意图，特征线上部为凹模，特征线下部为凸模。

图5是本发明一个实施例的特征线区域的模具型面的示意图。如图所示，特征线的上部为凹模，下部为凸模。虚线表示原始凹、凸模的位置，实线为采用本方案的凹、凸模的模面位置，h为凹模紧压量，法向刻槽用来预留放置汽车外覆盖线件的特征线。本发明的设计方法的工艺方案表见下表表1。

表1

下面结合表1和图5来描述汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其步骤如下，

根据汽车外覆盖件特征线的圆角半径R来确定凹凸模加工圆角半径R加，

当R≤3mm，凹凸模加工圆角半径R加＝0mm；

当3mm<R<4mm，凹凸模加工圆角半径R加＝1.5mm；

当R≥4mm，凹凸模加工圆角半径R_加＝R-2mm；

较佳地，根据汽车外覆盖件特征线的成型夹角α来确定凹模紧压量，

当α<150°，确定凹模紧压量的范围是：0.05mm≤凹模紧压量<0.08mm；

当150°≤α≤158°，确定凹模紧压量的范围是：0.08mm≤凹模紧压量<0.1mm；

当α>158°，确定凹模紧压量的范围是：0.1mm≤凹模紧压量<0.15mm。

较佳地，汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法还根据汽车外覆盖件特征线的两侧曲率关系来确定凹模紧压规则，

当汽车外覆盖件特征线的两侧曲率关系为正负曲率，且正、负曲率型面均较平坦的情况则确定凹模紧压规则为在负曲率一侧压紧，这里提及的正、负曲率型面均较平坦的情况是指型面法向与冲压方向夹角<20°的情况；

当两侧曲率关系为正负曲率，且正、负曲率型面均较陡的情况则确定凹模紧压规则为在正、负曲率两侧均实施紧压，但负曲率一侧的紧压量比正曲率一侧的紧压量多0.03mm～0.05mm，这里提及的正、负曲率型面均较较陡的情况是指型面法向与冲压方向夹角≥20°的情况；

当两侧曲率关系为正正曲率，则确定凹模紧压规则为在正、负曲率两侧均实施紧压，且负曲率一侧的紧压量与正曲率一侧的紧压量相同；

当两侧曲率关系为复合曲率，则确定凹模紧压规则为分别按正负曲率和正正曲率关系进行计算，再叠加特征线两侧的紧压量。

较佳地，汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法还包括根据汽车外覆盖件特征线的占模具属性来调整凹模紧压量，当占模具属性是贯穿特征线，则根据特征线成型夹角α来确定凹模紧压量；当特征线占模具属性是单边特征线，则根据特征线成型夹角α来确定的凹模紧压量的基础上增加0.05mm。

较佳地，当汽车外覆盖件特征线的圆角半径R为变化值时，以最小的R值来确定凹凸模加工圆角半径R加。

较佳地，当汽车外覆盖件特征线的成型夹角α为变化值时，以最大的α值来确定凹模紧压量。

最后，在确定凹模紧压系量后，考虑特征线刻槽的必要性及刻槽宽度。其中，刻槽的要求是给钳工指明打磨边界的同时不能影响特征线紧压效果和模具型面质量太多，一般选取车间最小的刻线刀具来进行刻槽，刻槽宽度为0.2mm×0.2mm。

本发明的有益效果是：将汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法规范化，使得模具型面的设计数据的制作能有序、高效、高质的进行，为后期钳工调试打好数据基础，指明调试方向，大幅降低钳工调试的强度与难度，在保证汽车外覆盖件特征线的高尺寸精度(R值偏差百分比范围0～±8％，BD值偏差范围0～±0.02mm^-1)和外覆盖件整体的成形质量的同时，使模具制造周期较以前相似零件缩短了近20％。

下面结合一具体车型的左前翼子板来对特征线区域的模具型面设计方法及后期钳工调试过程做进一步的描述。图6是本发明一个实施例的左前翼子板的结构示意图。图7是图6的特征线区域的模具型面的示意图。如图所示，该左前翼子板61主特征线区域模具型面的属性是：特征线圆角半径R＝2.8mm～5.8mm、特征线成型夹角α＝152°～157°、特征线两侧曲率一正一负、特征线占模具属性是贯穿特征线。

根据前述设计方法，对该左前翼子板主特征线区域的模具型面的设计方案是：凹凸模加工圆角半径R_加＝0，仅凹模负曲率一侧紧压0.08mm，正曲率一侧不紧压(因为正负曲率均较平坦)，凹模刻槽0.2mm×0.2mm。

后期的钳工调试分为特征线成型尺寸精度的调试和外覆盖件整体成形质量的调试两个阶段。特征线成型尺寸精度和外覆盖件整体成形质量同等重要，二者需要达到一个平衡。下表表2是特征线成型尺寸精度的调试阶段的周期对照表。下表表3是外覆盖件整体成形质量的调试阶段的周期对照表。

1.特征线成型尺寸精度的调试阶段：调试工作开始于KW34(34周)，结束于KW38(38周)，仅5周蓝油率(表征汽车外覆盖件上下冲压模具贴合程度的参数，即上下冲压模具贴合面积占外覆盖件总面积的百分比)即达到80％，比现有的技术方案提前2～3周，调试周期大大缩短。

KW38周的特征线成型的R值和BD值测量(分别对均布在图6中的特征线上编号为d1-d10的10个点进行了检测)结果如表2和表3所示。KW38周时，特征线成型尺寸精度即达到要求，80％统计点的R值偏差百分比在6％以内，BD值偏差0.01mm-1以内。

表2

表3

下表表4是外覆盖件整体成形质量的调试阶段的周期对照表。下表表5是外覆盖件整体成形质量的调试阶段的周期对照表。

2、外覆盖件整体成形质量的调试阶段：调试工作开始于39周，结束于51周，共13周。51周的特征线成型尺寸精度和外覆盖件整体成形质量均达标。

在外覆盖件整体成形质量的调试过程中，仍需对特征线成型尺寸精度进行跟踪，检测结果表4、表5所示。KW45周时，特征线成型尺寸精度符合要求，80％统计点的R值偏差百分比在3％以内，BD值偏差0.005mm^-1以内。KW49周时，特征线成型尺寸精度符合要求，80％统计点的R值偏差百分比在4％以内，BD值偏差0.01mm^-1以内。KW51周时，特征线成型尺寸精度符合要求，80％统计点的R值偏差百分比在6％以内，BD值偏差0.015mm^-1以内。

表4

表5

从以上统计分析可看出，该左前翼子板主特征线成型采用了规范化的模具型面的设计方法方案后，钳工调试方向明确，特征线成型尺寸在调试的第5周即达到高精度要求(R值偏差百分比在6％以内，BD值偏差0.01mm^-1以内)；第18周，特征线成型尺寸精度(R值偏差百分比在6％以内，BD值偏差0.015mm^-1以内)和外覆盖件整体成形质量均达标。再纵观该套模具的设计、制造、调试过程，整个流程非常顺利，仅开模一次，模具型面无烧焊，无返工，模具制造周期较以前相似零件缩短了近20％，整体成本大大降低。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (7)

1.一种汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其特征在于，根据所述汽车外覆盖件特征线的圆角半径R来确定凹凸模加工圆角半径R_加，

当R≤3mm，所述凹凸模加工圆角半径R_加＝0mm；

当3mm<R<4mm，所述凹凸模加工圆角半径R_加＝1.5mm；

当R≥4mm，所述凹凸模加工圆角半径R_加＝R-2mm。

2.如权利要求1所述的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其特征在于，根据所述汽车外覆盖件特征线的成型夹角α来确定凹模紧压量，

当α<150°，确定所述凹模紧压量的范围是：0.05mm≤凹模紧压量<0.08mm；

当150°≤α≤158°，确定所述凹模紧压量的范围是：0.08mm≤凹模紧压量<0.1mm；

当α>158°，确定所述凹模紧压量的范围是：0.1mm≤凹模紧压量<0.15mm。

3.如权利要求2所述的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其特征在于，还根据所述汽车外覆盖件特征线的两侧曲率关系来确定凹模紧压规则，

当所述汽车外覆盖件特征线的两侧曲率关系为正负曲率，且正、负曲率型面均较平坦的情况则确定所述凹模紧压规则为在负曲率一侧压紧；

当所述两侧曲率关系为正负曲率，且正、负曲率型面均较陡的情况则确定所述凹模紧压规则为在正、负曲率两侧均实施紧压，但负曲率一侧的紧压量比正曲率一侧的紧压量多0.03mm～0.05mm；

当所述两侧曲率关系为正正曲率，则确定所述凹模紧压规则为在正、负曲率两侧均实施紧压，且负曲率一侧的紧压量与正曲率一侧的紧压量相同；

当所述两侧曲率关系为复合曲率，则确定所述凹模紧压规则为分别按正负曲率和正正曲率关系进行计算，再叠加所述特征线两侧的紧压量。

4.如权利要求3所述的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其特征在于，还包括根据所述汽车外覆盖件特征线的占模具属性来调整所述凹模紧压量，

当所述占模具属性是贯穿特征线，则根据所述特征线成型夹角α来确定所述凹模紧压量；

当所述汽车外覆盖件特征线的占模具属性是单边特征线，则根据所述特征线成型夹角α来确定的凹模紧压量的基础上增加0.05mm。

5.如权利要求4所述的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其特征在于，在确定所述凹模紧压系量后，选取刻槽宽度为0.2mm×0.2mm。

6.如权利要求1所述的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其特征在于，当所述汽车外覆盖件特征线的圆角半径R为变化值时，以最小的R值来确定所述凹凸模加工圆角半径R_加。

7.如权利要求2所述的汽车外覆盖件特征线区域的模具型面的设计方法，其特征在于，当所述汽车外覆盖件特征线的成型夹角α为变化值时，以最大的α值来确定凹模紧压量。