汽车发动机罩外板工艺与模具的研究设计

王志芳

摘要：受到经济全球化的影响，越来越多的国家开始了解自主创新的重要性。我国的汽车行业经过几十年的发展，综合实力得到了很大程度的提高。然而，要真正融入世界汽车工业体系甚至是在汽车工业领域处于领先的地位，仅仅依靠外来设计进行生产无疑是做不到的。目前国内的一些汽车厂家已经逐渐走上了自主研发道路。汽车覆盖件设计是汽车设计的重要环节。作为汽车覆盖件的一部分，发动机罩外板的设计也是不可忽视的问题。本文从发动机罩外板的工艺与模具两个方面对发动机罩外板的设计进行研究探讨。

关键词：汽车;发动机;罩外板;工艺;模具

现如今，科技创新已成为了衡量一个国家综合实力的重要标准。在加入WTO后，面对激烈的市场竞争，中国汽车工业发展迅猛，逐步融入了世界汽车工业体系。要提高在世界汽车工业体系中的地位，中国汽车行业必须获得自主创新的能力。随着经济全球化的发展，中国的汽车行业要生存，必然要从“中国制造”迈向“中国创造”。近些年，国内一些具备一定实力的汽车厂家已经逐渐走上了自主研发道路，尝试自主研发设计新的车型。在汽车设计的过程中，覆盖件的工艺和模具设计至关重要。汽车覆盖件的工艺和模具设计都比较特殊，不仅要满足功能上的要求，还要求做到美观。发动机罩外板设计是汽车覆盖件设计的一部分。研究发动机罩外板工艺与模具设计对研发新车型具有重要的意义。

1.发动机罩外板生产工艺设计

罩外板工艺设计方案是否合理对模具的设计和使用具有重大的影响。因此，在设计模具结构前，要对罩外板的生产工艺设计进行研究。

一般而言，汽车覆盖件成型需要经过落料（或剪切）、拉延、修边、翻边、整形、冲孔等基本工序。在生产过程中，考虑到生产成本，生产工艺方案应当在满足覆盖件性能要求的基础上尽量简化生产工序。总的来说，发动机罩外板成型的基本工序依次为落料、拉延、修边、翻边和侧翻边。其中，拉延工艺设计是最关键的一道工序。合理的拉延尺寸可以为后续工序提供良好的工艺条件，反之亦然。发动机罩外板的拉延工艺设计时，要考虑冲压方向、拉延筋设计、压边力和变薄率等因素。

第一，合理的拉伸冲压方向可以在拉延过程中充分发挥板材的性能，避免出现裂纹和变形等质量问题，使得拉出的拉伸品符合设计要求。确定拉伸冲压方向时，应当注意以下几个方面：第一，要在一次冲压中完成所有需要拉伸的部位。第二，在拉伸前凸模和拉伸毛要留有大的接触面积。第三，压料时要注意进料阻力均匀。第四，要选择有利于防止产生表面缺陷的拉伸冲压方向。

第二，设置拉延筋有利于防止压料在拉伸时发生起皱和开裂。拉伸筋通过改变结构尺寸以及拉伸筋与槽之间松紧度来调节材料流动阻力，满足冲压过程中压料面上需要的流动阻力，以达到保证材料变形充分、刚度更高的目的。拉延筋种类繁多，包括整体筋、圆形嵌入筋、半圆形嵌入筋、双筋、方形嵌入筋等。其中，圆形嵌入筋、半圆形嵌入筋、方形嵌入筋的使用率比较高。

第三，压边力是影响发动机罩外板板料拉延效果的一个重要因素。在拉延成形过程中，通过对压边力进行改变，可以调整约束力大小，从而控制发动机罩外板板料拉延效果。由于压边力会对发动机罩外板成型产生影响，过小或过大都会诱发起皱或破裂的危险，因此，选取的压边力大小要适当，在保证成形尺寸精度的同时实现板料的充分变形，尽量减小成形后的回弹量。

第四，为确保设计参数合理，发动机罩外板制件拉延成形后要对变薄率和主应变进行分析。变薄率包括角部变薄率和局部变薄率。当这二者的系数小于一定参数时，说明材料存在开裂风险，需要根据情况进行处理或者在后期生产时通过微调来解决。

2.发动机罩外板生产模具设计

发动机罩外板生产模具包括拉延模、修边模和翻边模。拉延模具通过拉延工序将板料加工为立体空间工件。修边模具通过修边工序修掉部分或全部半成品工件上的工艺补充部分。翻边模的主要作用是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料发生翻转。其中，拉延模对罩外板生产有着至关重要的作用。拉延工序是罩外板生产的一道关键工序，而只有合格的拉延模才能保证拉延工序的顺利进行。因此在发动机罩外板模具设计时要着重考虑拉延模的设计。

汽车覆盖件拉延模主要有单动拉伸模、双动拉伸模和多动拉伸模三种结构类型。单动拉伸模一般适用于形状简单、深度小的覆盖件。双动拉伸模一般适用于形状复杂、深度大的覆盖件。当前两种模具都不适用时或者制件形状比较特殊时，才考虑采用多动拉伸模。由于发动机罩外板深度较小、形状简单，因此一般采用单动拉延模。

发动机罩外板生产模具由上模座、下模座、压料圈、凸模部分、凹模部分、定位销、定向导柱导套、限位装置等主要结构组成。发动机罩外板模具的装配方式比较特殊，要采用自顶向下的方式，也就是凸模和压料圈在下，凹模在上。因此，设计时要依照下模、压边圈、上模的设计顺序进行。

在过去的拉延模设计中，下模的铸件部分为一体结构。下模座与成型凸模采用的材质是相同的。这种模具设计方法的缺陷在于会提高生产的成本。如果要保证在成型过程中零件不因为承受成型力而拉毛，必须采用高强度材料。而由于承受零件成型时的成型力的只有凸模，而其他的模座部分不承受，采用铸成一体的结构必然会提高生产的成本。为了节约生产成本，拉延模的设计采用了分体凸模的设计，使用不同材料铸成凸模和下模座，再用螺钉连接起来。

压边圈的设计要考虑拉延模的导向问题，设计出导向装置。拉延模的导向分内导向和外导向。压边圈既要考虑上模导向又要考虑下模导向。一般来说，压边圈与下模之间的导向设置采用四角导向，压边圈与上模之间的导向设置采用导向腿导向。上模是拉延模具的重要组成部分，主要包括上模座、吊耳、起重棒、耐磨板、到底标记和防尘盖板。与下模相比，上模的结构设计相对简单。

3.结束语

科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。我国汽车行业在自主创新的道路上必然会越走越远。随着汽车制造技术的日益成熟、模具设计日益优化，发动机罩外板质量将会不断地提高，生产成本也将大幅度地降低。

参考文献：

[1]金捷.汽车覆盖件拉延模快速模具制造[J].热加工工艺，2011，40（23）.

[2]赵金星，常喜.汽车发动罩外板成形工艺性分析[J].汽车工艺材料，2010，（5）.

[3]王健，惠进录，吴进强.某款发动机罩外板冲压工艺分析[J].模具技术，2012，（1）.