三维曲面船体外板成形加工的新方法
王呈方1胡勇1李继先1张灿勇2范正勇2马军伟2（武汉理工大学交通学院1） 430063） （山东硕力机械制造有限公司2） 210007）
A Novel Forming Method for 3D Ship Hull Forming Wang Chengfang Hu Yong Li Jixian Zhang Canyong Fang Zhengyong Ma Junwei School of Transportation, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063 1)
Shandong Shuoli Machinery Manufacturing Co. Ltd, Shandong 210007 2)
Abstract: Different from traditional line-heating forming and rolling forming for ship hull plate in shipyard, a novel forming process for 3D ship hull plate is proposed in the paper. It is multi-point forming mechanism with square press heads, which is reconfigurable die. By adjusting the height of each press head, the upper die and lower die can form. The plate can stamped by the dies. The paper presented the composite and working principle, and experiments for the sail-shaped plate and saddle-shaped plate forming were carried out. The results show it is practical.
Keywords: ship hull plate; forming; doubly curvature; reconfigurable die；shipbuilding
摘要：国内外船厂通常采用人工操作压力机与水火弯曲相结合的方式进行双曲度船体外板加工，这种方式生产效率低、质量差、环境差，成为造船过程中的瓶颈。本文提出了基于“方形压头可调活络模具板材曲面成形装置”的板材成形新方法。它通过一组方形压头组成的可调活络模具代替传统的整体模具，实现对板材冲压时压痕及皱折的有效控制。介绍了其组成及工作原理，并通过帆形板、鞍形板成形试验验证了其可行性。
关键词：船体外板；成形加工；双曲度；可调活络模具；造船
多年来，国内外船厂对曲面分段中的三维曲面（双曲度）船体外板加工，一直是采用人工操作，即使用压力机与水火弯曲结合方式进行的。由于主要依赖操
作人员的技术和经验，技术复杂，工作条件差，熟练工人日渐缺乏。这种生产方式效率低、弯板质量不能保证、环境污染严重、成为造船过程中的瓶颈。
鉴于国内外曾投入了大量人力和财力研制的“数控水火弯板机”，进展并不理想，离实际应用仍有较大的距离，因此，为解决船体外板加工的自动化和数字化，需另辟蹊径。本文提出了使用“方形压头可调活络模具板材曲面成形装置”，的三维曲面船体外板自动成形加工的新方法。
1 国内外船体外板加工技术的概况
随着船厂大型门式油压机、辊板机等设备的添置，三维曲面（即双曲度）船体外板的成形加工条件得到很大的改善。其常用的方法介绍如下：
1.1 水火弯板方法
水火弯板，通常是先使用辊板机或油压机对板材进行横向曲度的弯曲加工成形，然后再在纵向上使用水火弯板技术进行水火线加热，实现纵向曲度弯曲成形。加工过程要靠样板或样箱进行对比和检验。目前绝大多数双曲度船体外板都是采用有经验的人工操作、压力机与水火弯曲结合的方式完成的。其生产效率低、劳动强度大、成形精度难以控制，对工人的技术水平要求高，这已成为缩短造船周期、提高造船质量，实施自动化和数字化造船的重大障碍之一。
几十年来，世界各主要造船国家都在不断开展“数控水火弯板机”的研究，并已取得一定的进展。作为水火弯板发源地的日本，早在二十世纪70年代就开展了水火弯板自动加工设备的研究，如东京大学、大阪大学、日本钢管公司、石川岛播磨重工等，均开展过水火弯板理论及设备方面的研究。美国、西班牙、意大利、丹麦等国家也试制过自动水火弯板设备。现在的造船强国韩国也研制了自动水火弯板自动加工系统［1］。
我国近20年以来，也进行了“数控水火弯板机”的研发，例如大连理工大学、上海交通大学分别与有关船厂联合进行了研究开发［2］。
但是，由于水火弯板属热塑性弯曲加工，其成形影响因素非常复杂、致使自动控制困难、难度极大，在造船工业发达的国家中，以上研制的“数控水火弯板机”样机至今也未见获得推广使用。
1.2 冲压与碾压结合的弯板方法
对于三维曲面船体外板，先使用油压机进行横向曲度的弯曲加工成形，再使用滚压设备的上、下滚轮对钢板进行纵向滚动碾压，使板材在纵向上产生不同的伸长变形，达到实现三维曲面成形，这种手工操作的方法在欧洲的船厂中有使用，但要实现自动控制也很困难。
1.3 船板多压头式成形方法［3］
为解决三维曲面船体外板的自动加工，较早时原东德曾进行过“多压头式数控弯板机”的研制，其主要思想是通过上、下圆形压头阵列排列形成三维曲面，将整张外板放入其中，并对其施加压力而弯曲成形。日本造船界也研制了一种通用“多压头式数控弯板机”。但是，由于这种设备庞大，投资费用较高，受技术困扰，研究未取得成功。
2 三维曲面船体外板成形加工的新方法
综上所述，目前船厂使用的船体外板的加工技术与设备，已极其不适应造船生产的自动化、数字化和绿色环保生产的发展要求，为此，经过长期的研究、在总结机械式弯板的基础上，考虑绿色环保生产，提出了基于“方形压头可调活络模具板材曲面成形装置”［4］的船体外板新的加工方法，并在此基础上开展了“船舶三维曲面数控弯板机”的研究，以实现三维曲面船体外板加工的机械化与自动化。
2.1方形压头可调活络模具板材曲面成形装置
为解决大型船舶三维曲面船体外板的自动成形加工问题，改水火加工为自动机械冷弯加工，消除板材在冲压过程中产生的皱折变形和减少压痕，提高加工质
量和效率，提出了“方形压头可调活络模具板材曲面成形”的新方法，并申请了中国专利（专利申请号：200910014794.6）。
如图1所示，方形压头可调活络模具板材曲面成形装置主要由上、下两组带有可摆动的方形压头1、高度能够进行调节的可调模4和加载机构6组成。上端可调模4能在加载机构6的驱动下可上下移动。
一组M×N个可摆动的方形压头1 安装在固定框架3内的支撑体2上，组成下可调模4；由一组（M－1）×（N－1）个可摆动的方形压头1安装在固定框架3内的支撑体2上，组成上可调模4；上、下可调模4中的每个方形压头1的高度均可进行调节，且上、下可调模4的方形压头1在纵横两个方向均相互错位排列；方形压头1的一面为施压面、另一面为半球面1（b）；半球b部分坐落在支撑体2的带有凹形球面的内端面上、并通过弹簧8与方形压头1柔性联结。
图1 “方形压头可调活络模具板材曲面成形装置”与加工示意图
1-方形压头；2-支撑体；3-固定框架；4-上、下两组可调模； 5-设定曲面；
6-加载机构；7-板材；8-弹簧；9-螺杆；10-电机
支撑体2的另一端通过螺杆9与电机10连接，这样，方形压头1、支撑体2、弹簧8、螺杆9与电机形成一个压头单元体。通过数控方法控制电机，便可调控压头单元体的高度，即方形压头1的高度。
对板材7施压时，方形压头1对板材为面接触。方形压头1之间的间隙小，与板材的接触面积大，压强减小；同时，方形压头1对板材的覆盖面大，且上、下可调模的方形压头1为错位排列，当上、下可调模夹紧板材时，上、下可调模4中的各方形压头1能互相支撑，即上模的每个压头由下模相应的四个压头支持，反之下模的每个压头由上模相应的四个压头支持，导致压头只能按照曲面要求的方向进行倾斜排列。
使用方形压头可调活络模具的板材曲面成形方法，可迅速构筑成一个密集的、方形压头之间间隙非常小的、压合面积最大的可调活络模具的曲面，该方形压头1的尺寸越小、方形压头1之间间隙越小，曲面造型的光顺性和成形质量越好，能较好的替代昂贵的整体式模具；由方形压头形成的可调活络模具与其它多压头或多点板材成形方式的压头相比，压头与被加工件的接触面积最大，几乎能全部压住被加工的板材，由于压强减小，能减少压痕缺陷；同时由于上、下可调活络模具中的方形压头，在纵向和横向均是交错对称排列，夹紧板材时能互相支撑，活络模具的夹头不会因板材变形导致产生倾斜摆动，因而能强制板材在限定的上、下可调活络模具形成的曲面间隙中进行塑性成形，如同整体式模具一样，能防止板材皱折缺陷的产生，显著的提高了板材的成形质量。
完成一段板材的成形之后，使上基本体群的各活络半球压头升起，将上、下基本体群的各活络半球压头再次调节构造成需要的新的曲面形状，之后进料一段，再压制弯曲成形。逐段构造曲面，逐段进料，逐段弯曲，直至完成整张板材的成形加工。
船舶是超大型结构物，造船中的船体外板相同构件的批量极少、形状复杂、尺度大，曲率较小，不可能采用整体式的大型模具进行冲压成形。这里提出的“方形压头可调活络模具板材曲面成形装置”，也是将传统的整体模具离散化，变成形状可变的“可重构模具（reconfigurable die）”［5］，则可用于多种形状的板件成形。
3 板材成形实验与分析
3.1 板材成形实验设备
实验设备由上、下模具、压力机等组成。下模有10×10个方形压头，上模为9×9个方形压头，方形压头的尺寸为58×58mm。
3.2 板材成形实验结果
在实验设备上进行了大量的板材成形实验。其中，选用60×60mm的、厚度为6～10mm的若干钢板试件，按模拟船体外板的曲度大小，进行了“帆形”与“鞍形”等典型的三维曲面的成形试验。弯板实验情况举例如下：
“帆形”板的成形实验见图2；“鞍形”板的成形实验见图3。
从图2、图3中可以看到，使用“方形压头可调活络模具”可构筑成一个密集的、间隙非常小的、压合面积最大的的三维曲面，可代替整体模具；其加工成形的“帆形”与“鞍形”工件，其曲面基本光顺，压痕小，无皱折变形。
（a）压头构造的三维曲面
（b）压制后情况
（c）帆形工件图2 “帆形”板（10mm）的成形实验照片
（a）压头构造的三维曲面
（b）压制后情况
（c）鞍形工件
图3“鞍形”板（6mm）的成形实验照片
3.3 板材成形实验结果分析
经过研究之后，由“方形压头可调活络模具”成形的工件，均能达到：成形曲面基本光顺、压痕小和无皱折变形的效果。究其原因具体分析如下：
（1）成形曲面基本光顺的原因
“方形压头可调活络模具”能较好的进行任意曲面造型，由许多小的平面去构造一个曲面，造型曲面比较光顺。如果方形压头的尺寸越小，曲面造型的光顺性就会越好，成形的质量也就会更好。但是，压头的数量增多，会造成设备费用增加。因此需要根据实际情况，在保证工件满足光顺性的前提下，尽量选取大尺寸的压头，以减少数量，从而降低设备造价。
（2）压痕小的原因
“方形压头可调活络模具”与其它形式的多压头或“多点”成形装置的压头相比，压头与被加工件的接触面积最大，几乎能全部压住被加工的板材，在相同的压力下，由于接触面大，挤压应力变小，是获得压痕小的主要原因。
（3）能防止皱折变形的原因
不同于“多点成形装置”［6］，“方形压头可调活络模具” 之所以能防止产生皱折变形的原因是：由于上模压头方阵与下模压头方阵在平面上的X、Y方向上是错位排列的。压弯时，上模的每个压头由下模相应的四个压头支持，反之下模的
每个压头由上模相应的四个压头支持，导致压头只能按照曲面要求的方向进行倾斜排列，不可能再随意产生新的倾斜摆动。
对板材施压夹紧过程中，开始板材会产生翘曲；由于压头与被加工件的接触面积最大，相邻夹头之间的间隙很小，随后由于上、下模夹紧逐渐合拢时，就能够逐渐强制板材仅在限定的上、下可调活络模具形成的曲面间隙中，被进行拉伸或压缩的塑性变形，最终迫使板材的翘曲得以展平。
其实，这时的可调活络模具与传统的整体模具极为相似，如同整体式模具，只要夹紧力足够大，就能使板材充分的在上、下活络模形成的压合曲面的间隙中，进行拉伸或压缩变形，基本消除了板材产生皱折的可能性。另外，三维曲面船体外板的曲度一般比较平缓，也无需采取传统的压边等防止皱折的措施。
4 研制新型“船舶三维曲面数控弯板机”的可行性分析
使用新提出的“方形压头可调活络模具板材曲面成型装置”的成形方法，与现代的计算机技术、信息技术、现代测控技术的渗透、交叉融合与支撑，将会比较容易的推出“船舶三维曲面数控弯板机”，这或许是取代或大部分取代水火弯板加工的一个有效途径。
在板材加工原理、弯曲加工装置设计、自动调形、自动检测、数学建模研究和大量弯板试验的基础上，“船舶三维曲面数控弯板机”样机正在试制中，它由方形压头可调活络模具冷压弯板机、自动控制系统、激光三维测量机和进料装置等组成。它将根据数学放样获得的船板加工数据，使用专门的计算和控制软件，自动进行活络模的调形，自动进行三维曲面船板成形加工，实时进行回弹后形状测量和进行回弹补偿等。
若开发成功，将使三维曲面船体外板的加工实现机械化、自动化和数字化，对提高船体外板成形质量、提高生产效率，改善劳动条件、实现绿色生产，产生有益影响。
5 结论
以上弯板实验结果证明，“方形压头可调活络模具板材曲面成形装置”，可进行任意曲面造型，压合面最大，压痕小，能较好地防止板材因受压失稳而产生有害的皱折变形。该装置能解决大型船体外板成形时产生皱折的难题，能做到绿色环保生产，也为实现大型船体外板自动加工提供了新的途径。
参考文献：
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转载自：武汉理工大学学报（交通工程版2010第3期）
解密汽车仪表板材料及制造工艺 随着汽车在安全及环保性方面的发展，人们对汽车饰件在安全性及环保性方面的要求也越来越高；随着仪表板外形设计美观的要求，越来越多的仪表板采用无缝气囊门的外观设计，因此对汽车仪表板来说，一个好的仪表板不仅要有设计新颖美观的外形，舒适的手感，而且还需具有优良的老化性能及与乘客的良好相容性(优良的散发特性)。 由于PVC材料具有良好的手感和花纹成型性且材料成本低等优点，因此目前PVC搪塑仍是使用最广的仪表板表皮加工工艺，PVC粉料占据了搪塑成型工艺的绝大部分市场。由于PVC材料的玻璃化温度较高，材料在低温环境下发脆，易造成无缝气囊仪表板在低温状态爆破时，气囊区域PVC表皮碎裂而飞出，对乘客产生安全隐患，PVC在抗老化性、增塑剂迁移等方面也存在问题，因此出于安全及环保原因，目前各主机、饰件及材料生产厂商相继开发出了PVC的替代材料及工艺。 由此可见，随着环保要求的不断提高，与环境相容性较差的材料将逐渐被替代。今后，仪表板表皮材料将在以下性能上不断改进：优良的安全性能，低温性能；优良的老化性能，抗UV性能；易于循环使用；减小成雾性；材料无害性、与环境及人的相容性。 根据仪表板表皮性能这些发展要求，世界各主机、饰件及材料生产厂商不断开发出新的材料及成型工艺以满足表皮性能的发展要求，以下将对仪表板饰面表皮的一些性能优异的新材料及其成型工艺进行介绍。 搪塑成型工艺 搪塑工艺是当前一项成熟并使用广泛的成型工艺，其加工成型工艺简单，是目前应用最广的工艺。目前搪塑模可采用的皮纹也越来越广，如缝纫线(StitchLine)，主要的环保新材料有热塑性聚烯烃(TPO)、热塑性聚氨酯(TPU)粉料。 1.热塑性聚氨酯TPU 热塑性聚氨酯TPU结合了橡胶的物理机械性能，具有优良热塑性及工艺加工性。其优点有：是一种环保型的材料，可回收循环使用；具有优良的物理机械性能、可使用较薄的表皮厚度；良好的耐化学性、耐老化性、抗摩损性；TPU搪塑料无须添加增塑剂，其具有良好的气味及散发特性；优良的低温性能，在低温状态下保持着优良的弹性，玻璃化温度为-50℃。 TPU搪塑粉料分二种，一种为芳香族聚氨酯，另一种为脂肪族聚氨酯。芳香族聚氨酯由芳香族异氰酸脂MDI及聚醚组成，脂肪族聚氨酯由脂肪族异氰酸脂如HDI、IPDI和聚酯或丙烯酸聚醚组成。由于芳香族异氰酸脂存在不饱和键，易产生变黄及粉化现象，因此早期使用的芳香族TPU搪塑表皮表面需喷上涂层，以防止表皮变黄。目前开发的TPU搪塑粉料一般都是脂肪族体系，脂肪族聚氨酯具有优良的抗紫外线、耐光性，因此无须对表皮表面进行喷涂处理，但脂肪族TPU一般的加工性能及高成本却影响了TPU材料的推广。由于脂肪族TPU优良的耐光性及舒适的手感，其在中高端的产品上应有较好的应用前景。
板料冲压件螺纹底孔冲压成形技术 摘要：在板料冲压件上，按其料厚不同分别采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，成形螺纹底孔。本文论述了上述螺纹冲压成形工艺、冲模结构及其设计与制造技术。 主题词：冲件螺纹底孔冲小孔变薄翻边冷冲挤成形技术 螺纹联接结构，尤其紧螺纹联接结构，是各种机电与家电产品中零部件最主要的联接结构型式。薄板冲压件进行紧螺纹联接，需要有大于料厚的联接螺纹长度，以确保其联接可靠性，增强其负载能力，才能达到使薄板冲件联接牢靠、重量小的目的，从而使其成为结实、轻巧、紧凑的理想结构零件。 在仪器仪表、电子电器、各类家电、家用器具、玩具等产品的板料冲压件上，经常采用M2-M10的小螺纹紧联接结构。为提高效率并满足大量生产的需求，采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，冲压成形这些小螺纹底孔，不仅能以冲压制孔取代钻孔而大幅度提高生产效率，同时能获得尺寸精确、一致性好的底孔，并可使螺纹联接有足够的长度，从而确保其联接可靠性及设计要求的承载能力。所以，用冲压成形技术加工小螺纹底孔，具有优质高产的效果，也是一种成熟而值得推广的工艺技术。 1 螺纹底孔的计算 合适螺纹底孔的大小，不仅取决于螺纹直径，而且与其螺距有着密切的关系，通常可按下式计算： 当t L≤1时，取：d Z=d-t L
当t L>1时，取：d Z=d-～t L (2) 式中 t L-螺距，mm d z-螺纹底孔直径，mm d-螺纹直径，mm 表1 螺纹底孔直径的合理值(mm) 螺纹直径d 螺 距 t L 底 孔 直 径d z M1 M2 M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 1 5
M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M302 2 3 3 2 冲制螺纹底孔的基本工艺方法 用冷冲压冲制板料冲压件上螺纹底孔的主要工艺方法有如下几种： (1)厚料冲小孔与精冲孔 当冲件厚t可以满足螺纹联接所需长度时，可用冲压制孔工艺解决。通常在这种情况下，多为厚料冲小孔，即冲制螺纹底孔的直径dz≤t或稍大于t，见表2。螺纹联接的最小有效长度取决于螺纹直径、螺距并与联接件的材料种类密切相关。
板料冲压工艺 板料冲压是指用冲模使板料经分离或成形得到制件的工艺方法，它通常是在室温下进行，所以又称为冷冲压，简称冲压。 1、板料冲压的特点及应用 冲压用原材料必须具有足够的塑性，广泛应用的金属材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝、铜及其合金等；非金属材料有石棉板、硬橡皮、绝缘纸、纤维板等。他广泛应用于汽车、拖拉机、航空、电器、仪表、国防等工业部门。 板料冲压具有以下特点： （1）冲压件的尺寸精度高，表面质量好，互换性好，一般不需切削加工即可直接使用，且质量稳定。 （2）可压制形状复杂的零件，且材料的利用率高、产品的重量轻、强度和刚度较高。 （3）冲压生产生产率高，操作简单，其工艺过程易于实现机械化和自动化，成本低。 （4）冲压用模具结构复杂，精度要求高，制造费用高。冲压只有在大批量生产时，才能显示其优越性。 （5）冲压件的质量为一克至几十千克，尺寸为一毫米至几米。 2、冲压设备 （1）剪床 剪床的用途是把板料切成一定宽度的条料，以供下一步冲压工序之用。 （2）冲床 冲床将完成除剪切以外的其他冲压工作。 右图为单柱式冲床的外形及其传动简图。电动机5带动飞轮4转动，当踩下踏板6时，离合器3使飞轮与曲轴2连接，因而曲轴随飞轮一起转动，通过连杆8带动滑块7作上下运动，从而进行冲压工作。当松开踏板时，离合器脱开，曲轴不随飞轮转动，同时制动闸1使曲轴停止转动，并使滑块7停在上面位置
3、冲压模具 （1）简单冲模 简单冲模在冲床一次行程中只完成一道工序，见右图。凸模1用压板6固定在上模板3上，通过模柄5与冲床滑块连接。凹模2用压板7固定在下模板4上。操作时，条料沿两导料板9之间送进，碰到挡料销10停止。冲下部分落入凹模孔。 此时，条料夹住凸模一起返回，被卸料板8推下。重复上述动作，完成连续冲压。导柱12和导套11组成的导向机构可保证凸模、凹模的合模准确性。 简单冲模结构简单，容易制造，价格低廉，维修方便，生产率低，适用于小批量生产。（2）连续冲模 连续冲模在冲床一次行程中，按着一定顺序，在模具的不同位置上，同时完成数道冲压工序，见右图。操作时，条料7向前送进，送进距离由挡料销控制。定位销2对准预先冲出的定位孔，上模向下运动时，冲孔凸模4进行冲孔，落料凸模1同时进行落料工序。条料夹住模具返程时，被卸料板6推下，如此循环进行操作，完成连续冲压工序。图中9是废料、8是成品、5是冲孔凹模、3是落料凹模。 连续冲模生产效率高，易于实现自动化，但定位精度要求高、结构复杂、制造成本高。主要用于大批量生产精度要求不高的中、小型零件。 （3）复合冲模 复合冲模在冲床一次行程中，在模具的同一位置上，完成两道以上冲压工序。此种模具具有生产率高，零件加工精度高，平正性好等优点，但结构复杂，成本高，主要适合批量大、精度高的冲压件的生产。 4、板料冲压的基本工序 （1）分离工序 分离工序是使坯料的一部分相对另一部分相互分离的工序，如剪切、落料、冲孔等。 1）剪切 剪切是使坯料按不封闭轮廓分离的工序，见右图。其任务是将板料切成具有有一定宽度的坯料，主要用于为下一步工序备料。 2）落料和冲孔
仪表板因其得天独厚的空间位置，因此越来越多的操作功能分布于其上，除反映车辆行驶基本状态的仪表外，对风口、音响、空调、灯光等的控制也给予行车以更多的安全和乐趣。因此，在汽车中，仪表板是集安全性、功能性、舒适性与装饰性于一身的部件。首先，它需要有一定的刚性以支撑其零件在高速和振动的状态下保证正常工作；同时又需要有较好的吸能性使其在发生意外时减少外力对正、副驾驶员的冲击。 仪表板生产的主要工艺 针对不同仪表板，涉及的工艺及流程也有较大差异，可粗略归纳为以下几种： 1. 硬塑仪表板：注塑（仪表板本体等零件）→焊接（主要零件，如需要）→装配（相关零件）； 2. 半硬泡仪表板：注塑/压制（仪表板骨架）→吸塑（表皮与骨架）→切割（孔及边）→装配（相关零件）； 3. 半硬泡仪表板：注塑（仪表板骨架等零件）→真空成型/搪塑（表皮）→发泡（泡沫层）→切割（边、孔等）→焊接（主要零件，如需要）→装配（相关零件）。 具体工艺 注塑工艺 是将干燥后塑料粒子在注塑机中通过螺杆剪切和料桶加热熔融后注入模具中冷却成型的工艺，也是仪表板制造中应用最广泛的加工工艺，用来制造硬塑仪表板本体、吸塑和软质仪表板的骨架及其它大部分相关零件。硬塑仪表板材料多使用PP，仪表板骨架的材料主要有PC/ABS、PP、SMA、PPO（PPE）等的改性材料。其它零件则根据作用、结构和表观要求的不同，可选择上述材料以及ABS、PVC、PC、PA等材料。注塑工艺在上世纪四、五十年代迅速兴起后，得到了大力发展。经过在设备、模具上的不断增加、改造、选装不同用途的设备，注塑工艺形成了多种分工艺：如气辅注塑、顺序阀注塑、复合注塑、嵌件注塑、双色注塑、二次注塑等。 气辅注塑：是气体辅助注塑的简称，发明于八十年代初，推广于九十年代，将熔融塑料粒子注入模具的同时注入一定量的惰性气体，并通过气路、结构的设计和工艺控制使零件的特定区域形成中空结构的注塑工艺。中空结构的形成在增强了零件的机械性能的同时，减小了零件壁厚以改善零件外观，降低了材料成本和成型周期。因此该工艺不仅在汽车制造业得以应用，在家电制造业也得到了长足的发展，主要应用于结构件，尤其是有外观要求的结构件。近年用水代替惰性气体的研究与应用也取得了一定成果。 顺序阀注塑：在九十年代由附有热流道模具的注塑演化而来，是通过与设备连锁的阀门，控制模具热流道中不同浇口的开闭，从而控制料流的注塑工艺。该工艺适用于薄壁长流程的产品，降低对设备锁模力的要求，优化表面质量，缩短成型周期。 复合注塑（laminate injection molding）：在注塑模的动模一侧放置与模具形状吻合或无形状的片材后注塑成型，使产品具有两层结构的同时有模具赋予的形状。其优点是减少了加工工序，产品表观质量好，零件间粘结力强。因其有形状片材在与模具配合时需精密控制，而无形状的平面片材需到达零件拉伸要求，因此该工艺在仪表板制造中应用范围很小，而在门内饰板和装饰板/条有一定的应用。 嵌件注塑：在家电业中较为普及，在仪表板生产中各电器开关的制造均采用该工艺。它是将需嵌于注塑件的金属零件在注塑前置于模具内，注塑后熔融的塑料将其部分包覆，成为一个零件。 双色注塑：在双色注塑机上，在同一生产周期内向专门的注塑模内同时或先后注射不同颜色、种类的原料，使产品具有不同的外观、性能，以满足相应的要求。但因双色注塑在设备和模具中的巨大投资而逐渐被二次注塑所取代。简单来说二次注塑就是注塑零件为嵌件，主要应用于机械性能和外观要求都较高的零件。材料的选择是该工艺的关键。
仪表板：汽车仪表板材料及制造工艺 随着汽车在安全及环保性方面的发展，人们对汽车饰件在安全性及环保性方面的要求也越来越高；随着仪表板外形设计美观的要求，越来越多的仪表板采用无缝气囊门的外观设计，因此对汽车仪表板来说，一个好的仪表板不仅要有设计新颖美观的外形，舒适的手感，而且还需具有优良的老化性能及与乘客的良好相容性(优良的散发特性)。 由于PVC材料具有良好的手感和花纹成型性且材料成本低等优点，因此目前PVC搪塑仍是使用最广的仪表板表皮加工工艺，PVC粉料占据了搪塑成型工艺的绝大部分市场。由于PVC材料的玻璃化温度较高，材料在低温环境下发脆，易造成无缝气囊仪表板在低温状态爆破时，气囊区域PVC表皮碎裂而飞出，对乘客产生安全隐患，PVC在抗老化性、增塑剂迁移等方面也存在问题，因此出于安全及环保原因，目前各主机、饰件及材料生产厂商相继开发出了PVC的替代材料及工艺。 由此可见，随着环保要求的不断提高，与环境相容性较差的材料将逐渐被替代。今后，仪表板表皮材料将在以下性能上不断改进：优良的安全性能，低温性能；优良的老化性能，抗UV性能；易于循环使用；减小成雾性；材料无害性、与环境及人的相容性。 根据仪表板表皮性能这些发展要求，世界各主机、饰件及材料生产厂商不断开发出新的材料及成型工艺以满足表皮性能的发展要求，以下将对仪表板饰面表皮的一些性能优异的新材料及其成型工艺进行介绍。 搪塑成型工艺 搪塑工艺是当前一项成熟并使用广泛的成型工艺，其加工成型工艺简单，是
目前应用最广的工艺。目前搪塑模可采用的皮纹也越来越广，如缝纫线(Stitch Line)，主要的环保新材料有热塑性聚烯烃(TPO)、热塑性聚氨酯(TPU)粉料。 1.热塑性聚氨酯TPU 热塑性聚氨酯TPU结合了橡胶的物理机械性能，具有优良热塑性及工艺加工性。其优点有：是一种环保型的材料，可回收循环使用；具有优良的物理机械性能、可使用较薄的表皮厚度；良好的耐化学性、耐老化性、抗摩损性；TPU搪塑料无须添加增塑剂，其具有良好的气味及散发特性；优良的低温性能，在低温状态下保持着优良的弹性，玻璃化温度为-50℃。 TPU搪塑粉料分二种，一种为芳香族聚氨酯，另一种为脂肪族聚氨酯。芳香族聚氨酯由芳香族异氰酸脂MDI及聚醚组成，脂肪族聚氨酯由脂肪族异氰酸脂如HDI、IPDI和聚酯或丙烯酸聚醚组成。由于芳香族异氰酸脂存在不饱和键，易产生变黄及粉化现象，因此早期使用的芳香族TPU搪塑表皮表面需喷上涂层，以防止表皮变黄。目前开发的TPU搪塑粉料一般都是脂肪族体系，脂肪族聚氨酯具有优良的抗紫外线、耐光性，因此无须对表皮表面进行喷涂处理，但脂肪族TPU一般的加工性能及高成本却影响了TPU材料的推广。由于脂肪族TPU优良的耐光性及舒适的手感，其在中高端的产品上应有较好的应用前景。 2.热塑性聚烯烃TPO TPO搪塑粉料是一种新型的聚烯烃材料，目前只有少量应用，如Inteva公司。主要存在以下缺点待解决：表皮耐刮擦性差，脱模时易产生明显脱模痕而造成大量报废；耐油性差；脱模较困难，对仪表板外形设计局限性较大；成型温度范围较窄。 真空成型工艺
汽车仪表板设计简介 一、造型 仪表板是全车控制与现实的集中部位，仪表板的造型重点是对驾驶员操作区域的设计。现代轿车设计中，绝大多数的操纵开关都是供驾驶员专用的，所以，仪表板造型首先以驾驶员为之对仪表的可视性和对各种操作件的操作方便性为依据。在视觉效果上，仪表板位于市内视觉集中的部位，其形体队成员也有很强的视觉吸引力，应强调其造型的表现效果。 1.仪表板的布置 在不至仪表板是要根据相关标准来选用和确定所有仪表、显示器和主要操纵控制间的位置，此外还要从结构空间进行人机工程验证，其中包括视野性、手、脚活动范围、肘部空间、手伸及界面、按钮区布局等诸多方面。同时，在形体设计时，还要注意仪表板面的反光效果，既要提高仪表的可见度，又要通过表罩的漫反射方法减少炫光，还要防止仪表板上的高光点在风窗玻璃的内表面形成反射影像，以免干扰驾驶员的视觉。必须对仪表板的表面进行消光或亚光处理，已获得舒适安全的驾驶感觉。 仪表板上安装的仪表和各种器件大都来自不同的厂商，涉及时要保证个不同厂商器件的颜色、质感、纹理的统一，还要注意仪表表面、指针、屏显、数字、警示灯、刻度盘等的形体、颜色及灯光效果的统一，这些在方案设计初期都要处理妥当，为后期的细化和局部设计做好准备。 2.仪表板的造型分类 仪表板的器件按其功能一般划分为驾驶操控区、乘用功能区、保安区等几个部分 A区：驾驶员和副驾驶员共用的区域 B区：驾驶员座位操作区 C区：唯有驾驶员操作区 D区;A、B、C区以外的区域 现代汽车的仪表板造型概念以趋于多元化，通过不同的仪表指示区、中置控制区、按键功能区的划分和形体的连接可以组合成多种形式。按照仪表板的大的体面关系和结构分块形式基本可以分为以下几种类型：
浅谈仪表板制造工艺
浅谈仪表板制造工艺 作者:浙江众泰汽车技术中心王智 仪表板简称“IP（Instrument panel）”,是汽车内饰的重要组成部分。由于具有得天独厚的空间位置，使得仪表板成为诸多操作功能的载体：驾驶者不仅可通过仪表板了解车辆的基本行驶状态，而且可对风口、音响、空调和灯光等进行控制，从而在确保安全的同时，享受到更多的驾乘乐趣。近年来，随着技术的不断进步，更多的操作功能被集成到了仪表板中。显然，为了确保所支撑的各种仪表和零件能够在高速行驶及振动状态下正常工作，仪表板必须具有足够的刚性，而为了减少发生意外时外力对正、副驾驶的冲击，还要求仪表板具有良好的吸能性。与此同时，出于舒适和审美的要求，仪表板的手感、皮纹、色泽和色调等也日益受到人们的重视。 总之，作为一种独特的内饰部件，仪表板集安全性、功能性、舒适性和装饰性于一身，这些性能的好坏已成为评判整车等级的重要标准之一。一般，不同的车型所配备的仪表板等级是完全不同的。根据车型的配置要求，可选择适合的仪表板生产工艺，以达到降低生产成本的目的。 仪表板种类及生产工艺
目前，常使用的仪表板主要包括：硬质仪表板、半硬质仪表板、搪塑发泡仪表板、阴模成型仪表板和聚氨酯喷涂仪表板等几种类型。不同的仪表板，其生产工艺也不尽相同。 一般，硬质仪表板（注塑件）的工艺流程为：注塑成型仪表板本体零件→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件；半硬质仪表板(阳模吸塑件)的工艺流程为：注塑/压制仪表板骨架→吸塑成型表皮与骨架→切割孔和边→组装相关零件；搪塑发泡仪表板的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→真空成型/搪塑表皮→泡沬层的发泡处理→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→装配相关零件；阴模成型仪表板（阴模成型及表皮压纹）的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→真空成型/吸塑表面压纹→泡沬层的发泡→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件；聚氨酯喷涂仪表板的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→PU喷涂→发泡层发泡→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件。 仪表板的注塑成型 对于全塑的硬质仪表板和发泡仪表板而言，其骨架的注塑成型一般需要使用锁模力为2000～3000T的注塑机，骨架材料可以采用PC/ABS、SMA或PP+GF，表1对这3种材料的成型性、成本和使用性能做了比较。 表1 注塑成型骨架材料的比较 仪表板的注塑工艺可分为高压注塑和低压注塑两种方式。高压注塑的特点是：材料在经螺杆加热后被注入到闭模中成型。一般，经高压注塑成型的部件易出现缩印、变形和熔接痕等质量问题，这通常是由加强筋和/或浇口位置设计不当引起的，此外，材料或产品结构的不合理也会对此有所影响。低压注塑的主要特点是：经螺杆加热后的材料被注入到微闭合的模具中，模具在二
水火弯板 对于单向曲度的板，可用三辊弯板机加工成形。对于双向或多向曲度的板，其冷弯成形设备主要是液压机，热加工是水火弯板。三辊弯板机是板材辊弯的主要设备，常用的三辊弯板机如图所示，由一个上辊和二个下辊组成。上辊可上下升降调节上下辊之间的距离，钢板在 对于单向曲度的板，可用三辊弯板机加工成形。对于双向或多向曲度的板，其冷弯成形设备主要是液压机，热加工是水火弯板。三辊弯板机是板材辊弯的主要设备，常用的三辊弯板机如图所示，由一个上辊和二个下辊组成。上辊可上下升降调节上下辊之间的距离，钢板在上下辊之间辊轧，同时又受上辊的集中作用，从而对板材进行弯曲成型。液压机根据液体介质的不同分为水压机与油压机两大类。水压机和油压机由泵产生压力把钢板冷弯成形。目前船厂大多数采用油压机进行板材成型加工。水火弯板是一个热弯的加工工艺，又称线状加热法。它是指沿着预定的加热线用氧一乙炔烘炬对板材进行局部线状加热，在加热的同时用水进行跟踪冷却。成型的基本原理是由于热场的局部性与沿板厚方向的温度梯度，使受热金属的膨胀受到周围冷却金属的限制，而产生压缩塑性变形，在冷却时形成了横向变形和角变形，从而达到弯曲成型的目的。90％以上的船体复杂曲度外板都可用此法加工。水火弯板具有生产率较高、成型质量好和设备简单等优点，特别是在单件生产和小批生产时更为适用。 通用工艺：典型特征的：1.帆形板，其纵向曲度与横向曲度一致。先用机械冷弯设备弯出横向曲度，再用水火弯板法弯出纵向曲度，加热线应位于板的横剖面两侧，弯曲时采用水火收边的方法，依靠其横向收缩及角变形，使构件两侧纵边缩短而得到构件的纵向曲度 2.鞍形板，其纵向曲度与横向曲度相反。先用机械冷弯设备弯出横向曲度，再用水火弯板法弯出纵向曲度，加热线应位于板的横剖面中间，弯曲时应加热构件背面的中间部分，使构件中间部分产生纵向缩短而得到其纵向曲度。 主要工艺要求：1.进行线状加热以前，应根据构件的成形要求，在钢板上预先定出加热线的位置，一边加热时正确掌握，各加热线起点不宜在一条直线上，应相互错开。 2.应根据构件的成形要求，选择合理加热参数，过高加热温度对质量与成形效果均无好处，应避免。 3.形状左右对称的构件，对称轴两侧加热线的位置、数量，长度应一致，操作也必须对称进行。 4.对低合金钢板进行水火弯曲时，应按下表严格控制其加热温度与水冷温度否则会降低机械性能，影响船舶结构强度。 板厚（mm）最高加热温度（c）水冷温度（c） 中板厚（12-32）800-900 500以下 薄板（12以下）600-700 500以下 注：水冷温度500以下的，其相应水火距为：中厚板250-350mm，薄板120-200mm 5.新钢种水火弯板，须经试验鉴定后方可进行
冲压成形工艺 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
冲压成型资料 1 冲压成型工艺定义： 冲压工艺是通过模具对毛坯施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛，既可以加工金属板料、棒料，也可以加工多种非金属材料。由于加工通常是在常温下进行的，故又称为冷冲压。 2冲压工艺的特点： 2.1 用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。 2.2 材料利用率高，工件重量轻、刚性好、强度高、冲压过程耗能少。因此，工件的成本较低。 2.3 操作简单、劳动强度低、易于实现机械化和自动化、生产率高。 2.4 冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长、成本较高， 3 冲压材料的基本要求： 冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后的加工要求 (如切削加工、电镀、焊接等)。冲压工艺对材料的基本要求主要有： 3.1 对冲压成形性能的要求： 对于成形工序，为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有：良好的塑性(均匀伸长率δb高)、屈强比(σs/σb)小、板厚方向性系数大、板平面方向性系数小、材料的屈服强度与弹性模量的比值 (σs /E)小。
对于分离工序，并不需要材料有很好的塑性，但应具有一定的塑性。塑性越好的材料，越不易分离。 3.2 对材料厚度公差的要求： 材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。 3.3 对表面质量的要求 材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量也好。 4 冲压常用材料： 冷冲压用材料大部分是各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压。对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料 (又称卷料)有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也可做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。 4.1 黑色金属普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。 对冷轧钢板，根据国家标准GB708-88规定，按轧制精度（钢板厚度精度）可分为A、B级： A──较高精度； B──普通精度。
汽车厚板料零件冲压成形分析及回弹计算 作者：中国第一汽车集团富壮王广盛 摘要：汽车上板厚大于5mm 的厚板料零件的冲压成形CAE技术在材料、工艺、计算和评估等方面都与薄板料零件有所不同，基于MSC.Marc 软件并结合作者在厚板料零件冲压成形CAE 分析方面的实际工作，对计算模型建立时需注意的问题如单元选择、单元划分、屈服准则、硬化曲线、工况设定和回弹计算等进行了详细说明，并对厚板料零件上的伸长类翻边结构的成形极限问题进行了探讨。 关键词：厚板料；冲压成形；成形极限；CAE 引言 随着我国汽车板料零件设计、制造水平的不断提高，薄板料零件冲压成形CAE 技术的应用已日趋成熟，相关产品的设计和制造部门针对不同软件及计算方法建立起了对应的材料、工艺、计算和评估方面的标准和规范。这些标准和规范经过实践的检验和修正，目前在产品设计和生产制造环节中得到了广泛应用。 与薄板料零件不同，对于板厚大于5mm 的厚板料零件，例如商用车车架横梁、纵梁和加强板类零件，其在冲压成形、失效判定和回弹计算方面还没有一个明确的计算方法和分析思路，应用也远不如薄板料零件冲压成形CAE 技术广泛和成熟，这是与厚板料零件冲压成形的特点及其CAE 技术有关的。 目前国内针对这方面的研究相对少，这部分工作也有进一步研究和完善的必要，为此作者将近年关于厚板料零件冲压成形CAE 技术方面的工作进行了总结，并对其中一些具体问题进行了深入探讨。当然由于个人能力有限并且所面对问题又是行业内公认的“顽疾”，因此所做的工作远没有达到解决精确回弹计算的程度。 本文所讨论的相关内容都是基于MSC.Marc 平台的，选择MSC.Marc 软件除了非线性计算功能方面的考量外，更主要的是作者有十年以上该软件的使用经验，对于成形和回弹计算模型的精度和效率的控制有一定把握。 1 厚板料零件冲压成形及其CAE 技术的特点
基于计算机视觉水火弯板的三维测量系统 赵猛，王直 （江苏科技大学江苏镇江212003） 摘要：将激光测量技术和多目视觉照相测量技术相融合，分别发挥激光测量精度高、定位准，照相测量速度快、密度高的特点，研制曲面板三维形状的自动测量以及划线定位系统，实现曲面板上的关键点的位置精确、快速的测量，该系统可基本实现工业船舶行业对曲面板技术的要求，对造船业的发展具有重要的现实意义。关键词：水火弯板；计算机视觉；激光测量；三维测量中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2013）02-0063-04 Three -dimensional measurement system based on computer vision line heating plate ZHAO Meng ，WANG Zhi （Jiangsu University of Science and Technology ，Zhenjiang 212003，China ） Abstract:This article will laser measurement technology and visual camera measuring technology integration ，are played by laser high measuring precision ，accurate positioning ，photographic measurement speed ，high density characteristics ，development of curved plate shape measurement and scribing positioning system ，realize the curved panel on the key points of the position accuracy ，rapid measurement ，the system can realize the basic industry of shipbuilding industry on the curved panel technology requirements ，the development of shipbuilding industry has the important practical significance.Key words:plate bending ；computer vision ；laser measurement ；three-dimensional measurement 收稿日期：2012-09-19 稿件编号：201209139 作者简介：赵猛（1987—），男，山东济南人，硕士研究生。研究方向：复杂系统分析与建模、导航技术应用等。 大型曲面板的高精度快速测量及定位自动化，不仅是目前船舶建造所急需的，也是未来船舶建造测量装备发展的必然趋势。传统的研究方法对板子加工后位移大小的计算测量精度都不高，关键原因是在板子上标记具有难度。长期以来，对于船体双曲度外板的加工，国内外造船厂都是依靠有经验的工人采用水火弯板的方法手工作业完成。船体外板曲面的成型加工是船舶制造的关键及重要环节之一。各种船舶的外表面大多都是由复杂的、不可展的空间曲面构成，把钢板加工成这样的曲面，目前在国内外大部分船厂主要还是采用燃气火焰在钢板表面局部进行加热，当加热区达到一定温度后再降温，利用金属的热弹塑性收缩变形原理，以获得良好的整体变形，这就是所说的水火弯板工艺[1]。 1 曲面板测量、定位系统的整体设计与原理 1.1 整体架构图 该系统主要是由服务器、工控机、工业照相机、激光扫描 机以及传输信号的数据线组成的如图1所示。 服务器主要是接受处理伺服控制器的控制信号，通过伺服控制器来控制激光扫描机跟工业摄像机，对曲面板立体拍照、测量，通过嵌入式计算机收集反馈来的控制信号通过比较相机跟激光扫描机的来准确的定位划线装置的位移。 1.2相机成像原理 该测量系统采用了4台高分辨率家用单反相机、以及一 个高精度激光测量装置，系统将激光与照相相结合进行测量。目前该系统能比较准确地测量曲面板的三维形状，测量精度可以达到±2mm 。根据物理学中光学的原理摄像机成像 模型如图2所示[2]。 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第21卷 Vol.21 第2期No.22013年1月Jan.2013 图1 整体架构图 Fig.1Overall chart 图2 摄像机成像模型 Fig.2Camera imaging model
1 绪论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计快速化等程度不高的原因。 1.1国内外发展概况 改革开放20多年来，我国的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和水平、都有一了很大的提高。据中国模具工业协会统计，1995年中国模具总产值为145亿元，而2003年已达450亿元左了，年均增长14%。另据统计2004年中国（不包括台湾、香港、澳门地区）共有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车问（分厂）近20000家，约60万从业人员，年模具总产值达1亿元人民币以上的有十多家。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求最的60%左右，还不能适应国民经济发展的需要。据有关部门统计，1997年进口模具价值6-3亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997年出口模具仅为7800万美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。国内已经认识到了模具在制造业中的重要基础地位，许多模具企业十分重视技术发展，增大了用于模具技术进步的投资。 1.2我国未来模具的研发探讨 ——模具设计的标准化、网络化、智能化、三维化、集成化1、标准化 标准化是实现模具专业化生产的基本前提，是系统提高整个模具行业技术水平和经济效益的重要手段，是机械制造业向深层次发展必由之路。国际上工业发达的国家和公司都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能发挥。 CAD/CAM系统可建立标准零件数据库，非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用，并采用GT（成组技术）生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系
汽车塑胶仪表板弱化工艺 众所周知，无缝安全气囊仪表板的生产工艺过程并不复杂，生产过程中的关键点在于控制表皮弱化的残余厚度和切割成形的精度。如残余厚度过厚，气囊爆破时，仪表板本体不能顺利炸开，气囊不能顺利弹出，难以保证前排乘员的安全；如残余厚度过薄，仪表板表面就能够看到划痕，影响仪表板的美观和整体性。目前弱化工艺主要有以下几种： -铣刀切割工艺（包括I/P表皮、骨架和发泡层） -水切割工艺（包括I/P表皮、骨架和发泡层） -激光切割工艺（包括I/P表皮、骨架和发泡层） -模内注塑弱化（仅弱化表皮） -激光弱化（仅弱化表皮） -冷刀弱化（仅弱化表皮） -热刀弱化（仅弱化表皮） 对于外观效果，不是所谓的哪种比较好，只是控制的残留厚度的问题。 表面蒙皮残余厚度的精度是保证安全气囊能否在膨胀后0.08s内打开的关键。因此，残余厚度的公差要求是非常严格的，国际上通行的标准将残余厚度控制在±0.1mm以内。表皮弱化的加工周期视不同产品的具体情况而不同，如北京现代摩比斯的实际加工周期约为55s。残余厚度必须是非常精确的。根据材料弹性和物理性能，要求机器能保证的误差范围±0.05毫米。 1、表皮弱化汽车仪表板的表面蒙皮一般采用PV C、ABS、TPO、TPU等材料，经过吸塑或搪塑成型，厚度一般在1.0～ 1.5mm左右（根据仪表板的设计和材料而定）。表皮弱化就是在吸塑成型后的仪表板软表皮内表面进行半透性切割，使得切割后的表皮仍保留一定的残余厚度，蒙皮的外表面看不出切割的痕迹。残余厚度根据不同车型的设计要求及表皮材料的弹性等物理性能的不同而有所差异，切割形状一般为U形或者H形。
2、注塑骨架和发泡层弱化发泡复合后的仪表板半成品，对已经弱化的表皮所对应的位置的注塑骨架和发泡层还需要弱化。仪表板的材料和形状决定了适于用铣刀弱化，保证注塑骨架和发泡层弱化的精度，保证气囊安全功能的实现。 3、注塑仪表板的弱化硬塑仪表板材料多使用PP，仪表板骨架的材料主要有PC/ABS、PP、SM A、PPO（PPE）等改型材料。对于硬质仪表板，适于铣刀弱化。 一般为H 型结构，根据不同汽车厂家的标准，残留厚度一般在0.8毫米左右。
课题：板料冲压成型模拟 姓名：李仁庚 学号：0905010710
板料冲压成型模拟 0905010710 李仁庚（一）摘要 利用有限元分析软件Marc分析板料在冲压成型过程中，板料内部的应力分布，从而辅助确定合理的生产工艺参数,本文阐明了板料冲压成型有限元模拟的一般步骤,预测了可能出现的缺陷。 （二）引言 板材冲压成型是金属成型的一种重要方法,在机械加工业中占有重要地位。在板料冲压成型的过程中,冲压件的成型质量取决于模具的结构和工艺设计,而模具的结构和工艺设计又依赖于有限元数值模拟过程,因此板材冲压成型必须立足于以计算机为基础的数值方法来预测其成型规律。 随着计算机技术的迅速发展，有限元方法不断成熟，采用有限元法对板材成型过程进行计算机模拟和分析的技术也得到广泛应用。本文通过成型过程的数值模拟来分析板料各部分在成型过程中的变形情况，阐明了板料冲压成型有限元模拟的一般步骤,预测了可能出现的缺陷，辅助确定合理的生产工艺参数。（三）原理 板料冲压过程实际上十分复杂，其变化过程与模具与板料的接触与摩擦、模具和压板的运动以及压力机加载过程有关，因此在用有限元分析软件模拟时必须将问题适当的规范和简化，建立合适的力学模型。 由于板料冲压成型过程中，模具的刚性通常远远大于板料的刚性，因此模具
的变形相对板料的变形来说极小，可以忽略不计。在冲压成型过程计算机仿真中应考虑的问题就可归结为如下几个方面：板料在载荷作用下弹塑性变形的描述和内部应力的计算；模具的几何描述和运动形式；压力机加载过程的描述和模拟。 本课题可以抽象为：一定厚度的板料放置在U型刚体模具上，圆形刚体以一定的运动方式加载在板料中间，通过有限元数值模拟，研究板料在冲压过程中形态和内部应力的变化。 模拟基本过程①建立力学模型，划分网格。板料尺寸为0.2×2mm,U型模具宽0.5mm,截面为圆形模具半径为0.2mm,如下图所示。 ②确定定义材料性质：材料泊松比为0.3，杨氏模量为71000MPa，屈服强度为340MPa，抗拉强度为430MPa。③定义接触：板料及模具的摩擦系数均为0.1，圆形模具的运动方式：向下运动0.3mm。④定义边界条件。⑤定义工况。⑥定义工作条件。⑦后处理，分析板料各处应力分布。 （四）关键技术分析
汽车仪表板及其制造工艺 仪表板因其得天独厚的空间位置，使越来越多的操作功能分布于其中，除反映车辆行驶基本状态的仪表外，对风口、音响、空调、灯光等的控制也给予行车以更多的安全和驾驶乐趣。因此，在汽车中，仪表板是非常独特的集安全性、功能性、舒适性与装饰性于一身的部件。首先，它需要有一定的刚性以支撑其所附的零件在高速和振动的状态下保证正常工作；同时又需要有较好的吸能性使其在发生意外时减少外力对正、副驾驶员的冲击。随着人们对车的理解越来越超出其功能本身，对伸手可及、举目必望的仪表板，其手感、皮纹、色泽、色调也逐渐成为评判整车层级的重要标准之一。 仪表板的组成 仪表板通常包含的零件有：仪表板本体（壳体）、仪表、空调控制系统、风道/风管、出风口、操作面板、开关、音响控制系统、除霜器、除雾器、手套箱、左盖板、饰板等零件。大部分仪表板还包含有：储物盒、驾驶员侧手套箱、扬声器等饰件和时钟、金属加强件、烟灰盒、点烟器、杯托等功能性零件；部分中高档汽车设计有卫星导航系统、手机对讲系统、温度传感系统等高端产品。(如附图一)
仪表板的分类 按照安全性来分，仪表板可分为无气囊仪表板和附气囊仪表板（针对副驾驶）。目前国内只有少数中高档次的轿车配备气囊仪表板，随着人们对安全性的重视，客户对附气囊仪表板需求加大，主机厂也将此作为买点之一。而气囊打开在保护乘客的同时，也可能伤害乘客，尤其是儿童。因此，国际上部分新车型的仪表板气囊已开始加装开关。为气囊的正常开启，在气囊上方多设计有气囊盖板，在其打开时释放气囊。但其与仪表板匹配处存在可视装接线，影响整车美观。为此，近年越来越多车型的仪表板被设计为无缝气囊仪表板。既能保证气囊正常开启，又无可视装接线。 按照舒适性来分，仪表板可分为硬塑仪表板、吸塑仪表板和半硬泡软质仪表板（其剖面如图二）。仪表板本体为注塑工艺制成的仪表板为硬塑仪表板，因其工艺简单、投资低等优势而被广泛应用，尤其是中低档车。其中有局部或全部涂装饰漆或软触漆，以改善外观、增加色调或提高质感。吸塑仪表板是在注塑或压制骨架外吸附并粘结或在注塑时复合表皮，使其外观有皮质感。半硬泡软质仪表板是在表皮和骨架之间填充有聚氨酯泡沫，既提高触
冲压成型资料 1 冲压成型工艺定义： 冲压工艺是通过模具对毛坯施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛，既可以加工金属板料、棒料，也可以加工多种非金属材料。由于加工通常是在常温下进行的，故又称为冷冲压。 2冲压工艺的特点： 2.1 用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。 2.2 材料利用率高，工件重量轻、刚性好、强度高、冲压过程耗能少。因此，工件的成本较低。 2.3 操作简单、劳动强度低、易于实现机械化和自动化、生产率高。 2.4 冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长、成本较高， 3 冲压材料的基本要求： 冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后的加工要求 (如切削加工、电镀、焊接等)。冲压工艺对材料的基本要求主要有： 3.1 对冲压成形性能的要求： 对于成形工序，为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有：良好的塑性(均匀伸长率δb高)、屈强比(σs/σb)小、板厚方向性系数大、板平面方向性系数小、材料的屈服强度与弹性模量的比值 (σs /E)小。 对于分离工序，并不需要材料有很好的塑性，但应具有一定的塑性。塑性越好的材料，越不易分离。 3.2 对材料厚度公差的要求： 材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。 3.3 对表面质量的要求 材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量也好。
板料冲压成形性能及冲压材料 板料的冲压成形性能 板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成形性能。具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。下面分别讨论。 (一)成形极限 在冲压成形中，材料的最大变形极限称为成形极限。对不同的成形工序，成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到，也可通过实验求得。 依据什么来确定极限变形系数呢？这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。冲压成形时外力可以直接作用在毛坯的变形区（例如胀形），也可以通过非变形区，包括已变形区（例如拉深）和待变形区（例如缩口、扩口等），将变形力传给变形区。因此，影响成形过程正常进行的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。归纳起来，大致有下述几种情况： 1.属于变形区的问题 伸长类变形一般是因为拉应力过大，材料过度变薄，局部失稳而产生断裂，如胀形、翻孔、扩口和弯曲外区等的拉裂。压缩类变形一般是因为压应力过大，超过了板材的临界应力，使板材丧失稳定性而产生起皱，如缩口、无压边圈拉深等的起皱。 2.属于非变形区的问题 传力区承载能力不够：非变形区作为传力区时，往往由于变形力超过了该传力区的承载能力而使变形过程无法继续进行。也分为两种情况： 1)拉裂或过度变薄；例如拉深是利用已变形区作为拉力的传力区，若变形力超过已变形区的抗拉能力，就会在该区内发生拉裂或局部严重变薄而使工件报废。 2)失稳或塑性镦粗：例如扩口和缩口工序是利用待变形区作为压力的传力区，若变形力超过了管坯的承载能力，待变形区就会因失稳而压屈，或者发生塑性镦粗变形。 非传力区在内应力作用下破坏：非变形区不是传力区时，由于变形过程中金属流动的不均匀性，也可能产生过大的内应力而使之破坏。根据发生问题的部位不同，可分为： 1)待变形区拉裂或起皱：例如在盒形件的后续拉深工序中，待变形区金属流入变形区的速度不一致，靠直边部分流入速度快，角部金属流入速度慢。在这两部分金属的相互影响下，直边部分容易发生拉裂，角部则容易沿高度方向压屈起皱。 2)已变形区拉裂或起皱：如薄壁件反挤时，若金属从变形区流到已变形区的速度不均匀，则速度快的部位易因受附加压应力而起皱，速度慢的部位易受附加拉应力的作用而开裂。