新能源汽車為提升續航能力和動力性能,對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用。沖壓模具為適應這一趨勢,在設計理念、材料選擇和成型工藝上都發生了諸多變革,具體如下:
設計理念創新:
基于 CAE 分析的優化設計:借助計算機輔助工程(CAE)技術進行模擬分析,精準模擬模具在不同工況下的受力情況,建立 “減重 - 強度平衡理論”,推動模具設計從經驗驅動向數據驅動升級。如一汽模具通過 CAE 分析與結構優化,實現模具結構全維度輕量化,減重比例達 15% 以上,同時減少沖壓生產能源消耗等成本約 10%。
模塊化與柔性化設計:新能源汽車車型多樣且更新換代快,模具需具備更強的適應性。模塊化設計可將模具拆分成不同功能模塊,通過組合不同模塊來適應不同零部件生產,縮短開發周期,降低成本。如瑞鵠模具針對小米汽車的模具采用模塊化設計,將開發周期縮短至 12 個月,成本降低 25%。
集成化設計:隨著一體化壓鑄技術的應用,新能源汽車白車身中的沖壓零件數量大幅減少。例如特斯拉 Model Y 通過一體化壓鑄技術,將后地板的 70 多個沖壓零件整合為一兩個大型鑄件。這要求沖壓模具設計也應朝著集成化方向發展,以減少模具數量,提高生產效率。
材料選擇創新:
高韌性模具鋼:鋁合金等輕量化材料硬度較低,但粘性較大,加工過程中容易產生粘模、磨損等問題,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、耐磨性和潤滑性,降低鋁合金與模具之間的摩擦系數,減少粘模現象,同時也有助于提高沖壓件的表面質量。
耐熱材料:對于一些涉及高溫成型工藝的鋁合金沖壓模具,如鎂合金低溫擠壓模具,需要選用耐熱性能好的材料。瑞鵠模具研發出的低溫擠壓模具,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,可應用于鎂合金車身部件的生產。
成型工藝創新:
動態壓邊力控制技術:鋁合金板材在沖壓成型過程中容易出現起皺、開裂等缺陷。動態壓邊力控制技術可以根據沖壓過程中材料的變形情況,實時調整壓邊力的大小,從而有效解決這些問題,提高鋁合金沖壓件的成型合格率。如在車身覆蓋件制造中,采用該技術可使側圍外板拉伸深度達 300mm 以上時材料減薄率<15%。
電磁輔助拉伸技術:電磁輔助拉伸技術利用電磁力對鋁合金板材施加額外的作用力,改變材料的應力狀態,提高材料的流動性,使其更容易成型復雜形狀的零件,同時還能減少成型過程中的回彈現象,提高零件的尺寸精度。
多向拉伸技術:對于一些形狀復雜的鋁合金結構件,如底盤縱梁等,多向拉伸技術可以實現整體成型,減少零部件的拼接,提高車身的整體強度和剛性,同時也有助于減輕車身重量。
模具表面超鏡面處理:針對鋁合金部件,可對模具表面進行超鏡面處理(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量更好,減少后續加工工序,同時也能減少材料與模具表面的摩擦,有利于成型過程。