新能源汽車為提升續(xù)航能力和動(dòng)力性能,對(duì)車身輕量化有迫切需求,鋁合金等輕量化材料因此得到廣泛應(yīng)用。沖壓模具為適應(yīng)這一趨勢(shì),在設(shè)計(jì)理念、材料選擇和成型工藝上都發(fā)生了諸多變革,具體如下:
設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新:
基于 CAE 分析的優(yōu)化設(shè)計(jì):借助計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)進(jìn)行模擬分析,精準(zhǔn)模擬模具在不同工況下的受力情況,建立 “減重 - 強(qiáng)度平衡理論”,推動(dòng)模具設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)升級(jí)。如一汽模具通過(guò) CAE 分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)全維度輕量化,減重比例達(dá) 15% 以上,同時(shí)減少?zèng)_壓生產(chǎn)能源消耗等成本約 10%。
模塊化與柔性化設(shè)計(jì):新能源汽車車型多樣且更新?lián)Q代快,模具需具備更強(qiáng)的適應(yīng)性。模塊化設(shè)計(jì)可將模具拆分成不同功能模塊,通過(guò)組合不同模塊來(lái)適應(yīng)不同零部件生產(chǎn),縮短開(kāi)發(fā)周期,降低成本。如瑞鵠模具針對(duì)小米汽車的模具采用模塊化設(shè)計(jì),將開(kāi)發(fā)周期縮短至 12 個(gè)月,成本降低 25%。
集成化設(shè)計(jì):隨著一體化壓鑄技術(shù)的應(yīng)用,新能源汽車白車身中的沖壓零件數(shù)量大幅減少。例如特斯拉 Model Y 通過(guò)一體化壓鑄技術(shù),將后地板的 70 多個(gè)沖壓零件整合為一兩個(gè)大型鑄件。這要求沖壓模具設(shè)計(jì)也應(yīng)朝著集成化方向發(fā)展,以減少模具數(shù)量,提高生產(chǎn)效率。
材料選擇創(chuàng)新:
高韌性模具鋼:鋁合金等輕量化材料硬度較低,但粘性較大,加工過(guò)程中容易產(chǎn)生粘模、磨損等問(wèn)題,這就需要模具材料具有良好的耐磨性和韌性。高韌性模具鋼能夠有效抵抗鋁合金加工時(shí)的磨損,減少模具表面的拉傷和劃痕,提高模具壽命。
表面涂層材料:通過(guò)在模具表面涂覆一層特殊材料,如氮化鈦(TiN)、碳化鎢(WC)等,可以提高模具表面的硬度、耐磨性和潤(rùn)滑性,降低鋁合金與模具之間的摩擦系數(shù),減少粘?,F(xiàn)象,同時(shí)也有助于提高沖壓件的表面質(zhì)量。
耐熱材料:對(duì)于一些涉及高溫成型工藝的鋁合金沖壓模具,如鎂合金低溫?cái)D壓模具,需要選用耐熱性能好的材料。瑞鵠模具研發(fā)出的低溫?cái)D壓模具,工作溫度控制在 150℃以下,解決了鎂合金在高溫下易氧化的難題,可應(yīng)用于鎂合金車身部件的生產(chǎn)。
成型工藝創(chuàng)新:
動(dòng)態(tài)壓邊力控制技術(shù):鋁合金板材在沖壓成型過(guò)程中容易出現(xiàn)起皺、開(kāi)裂等缺陷。動(dòng)態(tài)壓邊力控制技術(shù)可以根據(jù)沖壓過(guò)程中材料的變形情況,實(shí)時(shí)調(diào)整壓邊力的大小,從而有效解決這些問(wèn)題,提高鋁合金沖壓件的成型合格率。如在車身覆蓋件制造中,采用該技術(shù)可使側(cè)圍外板拉伸深度達(dá) 300mm 以上時(shí)材料減薄率<15%。
電磁輔助拉伸技術(shù):電磁輔助拉伸技術(shù)利用電磁力對(duì)鋁合金板材施加額外的作用力,改變材料的應(yīng)力狀態(tài),提高材料的流動(dòng)性,使其更容易成型復(fù)雜形狀的零件,同時(shí)還能減少成型過(guò)程中的回彈現(xiàn)象,提高零件的尺寸精度。
多向拉伸技術(shù):對(duì)于一些形狀復(fù)雜的鋁合金結(jié)構(gòu)件,如底盤(pán)縱梁等,多向拉伸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)整體成型,減少零部件的拼接,提高車身的整體強(qiáng)度和剛性,同時(shí)也有助于減輕車身重量。
模具表面超鏡面處理:針對(duì)鋁合金部件,可對(duì)模具表面進(jìn)行超鏡面處理(Ra≤0.05μm),降低模具表面粗糙度,使沖壓出的鋁合金零件表面質(zhì)量更好,減少后續(xù)加工工序,同時(shí)也能減少材料與模具表面的摩擦,有利于成型過(guò)程。