科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

随着国民经济的高速增长，我国汽车产业发展迅速，据今年国家统计局公布的《2018年国民经济和社会发展统计公报》显示，2018年全国民用汽车保有量24028万辆（包括三轮汽车和低速货车906万辆），比上年末增长***%。与此同时，由汽车产业快速发展带来的节能减排和交通安全等诸多问题愈发突出，社会和民众也越来越注重绿色安全出行的理念，汽车轻量化是汽车行业绿色发展的主流方向，而车身结构件中大量采用高强钢则正是契合了汽车轻量化理念的理想材料。但是，高强度钢在冲压成型时存在高回弹的问题，影响产品的生产质量和效率。不仅如此，高强度钢在冲压加工过程中，会造成冲压模具磨损的加剧，使模具的损伤率增高，限制了企业的生产效率，增加了企业的生产成本。在汽车覆盖件的冲压成形中，成形件的起皱、拉裂和回弹是其主要的三大缺陷。起皱是指压边力不够而导致板料出现褶皱的现象，是压缩失稳在板料冲压成形中的主要表现形式。拉裂指板料受力过大而导致的板料破裂的现象，是拉伸失稳在冲压成形中的主要形式。回弹是指板料在变形中积累的弹性变形能释放从而产生变形的现象。起皱和拉裂可以通过改变工艺参数等措施得到较好的解决和规避，但是回弹却是不管采取什么样的措施都无法避免，即无论在什么工艺条件下，总会出现回弹。板料成形过程具有材料的非线性、接触摩擦的非线性、几何形状的非线性等强非线性的特点，这使得回弹问题十分复杂，给回弹的研究及其控制带了很大困难。随着高强度钢在汽车覆盖件中的广泛使用，回弹问题变得愈发突出。回弹是成形件获得最终形状前必经的最后一个变形步骤，对成形件的尺寸精度有着决定性的影响。因此，回弹是冲压成形中最难解决的问题。另外，汽车冲压模具经常会因为发生塑性变形、摩擦磨损和疲劳破裂等，造成模具失效报废，其中磨损尤为突出。模具局部磨损后会造成冲压件表面划伤拉毛缺陷，零件质量不稳定，不能满足汽车生产质量要求，企业不得不停产进行模具修复、重新调试，严重者甚至重新复制一套新的模具。汽车模具磨损失效中，汽车车身模具的比例最大且其外观质量要求最高，因而对模具的粗糙度也提出了更高的要求。工业上一般通过对模具材料进行表面处理，增加其表面硬度，可以有效提高模具的耐磨性，改善模具磨损，提高模具寿命。

需解决的主要技术难题

1）对汽车车身的冲压加工过程进行数值模拟，基于有限元分析方法，提出一种车身内板冲压成形的仿真分析，形成有效的加工工艺，降低了模具的加工成本，提高经济效益。2）深入分析板料成形过程具有的材料非线性、接触摩擦非线性、几何形状非线性等强非线性特点，探明其对冲压成型加工过程的影响规律，而后以汽车车身高强度钢为加工对象，建立上述因素对冲压成型后回弹的映射关系，针对回弹问题，对上述影响因素进行优化，基于映射本构关系对高强钢在冲压过程中产生的回弹问题进行预测，并在此基础上，构建高精度补偿算法对冲压成型加工过程中的回弹问题进行合理补偿。3）针对汽车车身模具再加工过程中经常出现的塑性变形、摩擦磨损和疲劳破裂等问题以及高外观质量的要求，对模具材料进行表面处理，增加其表面硬度，提高模具的耐磨性，改善模具磨损。深入分析各种不同的表面处理方式对模具磨损的影响机理，通过对比研究论证，建立适用于汽车车身冲压的模具表面处理方式，在此基础上，提出合理的模具寿命预测方案指导加工过程。

期望实现的主要技术目标

开展高强度钢冲压回弹控制方法的技术研发，实现垂直及法向方向回弹在±***以内，提交汽车车身高强度钢冲压回弹控制技术报告1份；开展冲压模具优化设计研究，提交汽车车身高强度钢冲压工艺优化技术报告1份；申报国家发明专利5项，登记软件著作权2项。

需求解析

解析单位：“科创中国”华中科技大学智能制造专业科技服务团（华中科技大学） 解析时间：2022-10-13

王正伦

华中科技大学科协

科协办公室主任

综合评价

襄阳光瑞汽车零部件有限公司是一家专注于汽车零部件产品研发生产的高新技术企业，是襄阳高新区汽车关键零部件产业集群的重点龙头企业和科技创新示范企业。所提技术需求主要围绕汽车高强度车身冲压工艺优化及工装改进设计属于该企业主导产业领域内的真实技术需求。

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