在模具设计和制造过程中，计算机技术的应用主要在于上述计算机软件的使用，但并不仅限于此，还包括计算机辅助工艺规划或设计 ( CAPP) 技术，辅助设计工艺过程，可快速响应设计的变更，缩短工艺设计的周期等; 计算机辅助维护系统技术、计算机管理生产技术等，这些计算机技术的应用都使得模具的设计和制造更加便捷、省时。

2 计算机技术在汽车冲压模具设计和制造中的应用

2. 1 汽车覆盖件冲压模具

在整个汽车的零部件中，汽车覆盖件是重要的组成部分，它组成了汽车车身或驾驶室的表面构件，分为外覆盖件，即裸露于车身的零部件; 和内覆盖件，即包覆于车体的其他部件或者自身上包覆有各种饰品等的部件; 以及骨架覆盖件。常见的外覆盖件有汽车顶盖、车门外板、前后围外盖板等; 常见的内覆盖件有前后围内盖板、车门内板、地板、仪表板等。

汽车覆盖件与其他部位的零件不同，它们往往呈不规则结构，形状复杂，也就决定了用于生产的冲压模具结构的复杂性，外部覆盖件还要关注于外观的美感，因此在汽车覆盖件冲压模具设计中对其尺寸和形状精度、结构力学性能和表面质量要求更高。

对于汽车引擎罩这一内覆盖件^［8］，可采用 CAD/ CAE 协同技术，利用 UG 软件平台，结合模拟分析专用软件 Dynaform，配合 VC++编程语言共同完成汽车引擎罩的设计和制造。界面设计由 UIStyler 完成， UIStyler 的使用，使其界面风格与 UG 一致，便于设计人员实际操作。在 Windows 平台上使用 NX3. 0 ( CAD) 和 Dynaform5. 2 ( CAE) 进行设计，选用

08AL 冷冲压钢板作为原材料。

具体操作步骤如图 1 所示，首先进行网格划分，将引擎罩零件导入 Dynaform 中，Dynaform 具有自适应网格划分功能，能够自动根据曲率快速划分网格，使曲率大的部位网格密实点、曲率小的部位网格稀疏点，由于汽车引擎罩的尺寸大，采用自适应网格划分，可提高工作效率; 然后确定冲压方向，冲压方向是模具设计中的重要参数，它决定着拉伸工序是否合格，以及拉伸后序工艺的工艺方案，选择 Tipping 命令调整冲压方向，可确保无冲压死区并确定合适的冲压方向; 随后创建压料面和工艺补充部分，需恰当确定压料面和拉伸方向的位置，确保压料面的每部分的进料均匀，才可保证压料面表面平滑，点击设计模块的 Binder 命令，设定平压料面; 最后模拟结果并分析成型性，对厚度和应力分布进行分析，可看出厚度符合要求，尽管零件的周边存在褶皱，但整体不影响产品的性能。这种方法结合了 CAD 和 CAE 技术，将设计和分析软件联合使用，极大地缩短了生产周期，并保证了产品质量。

汽车前围内板也是一内覆盖件，它位于驾驶室前侧正面，并不直接裸露于外部，因此其外观不是关注的重点，但是对其力学性能尤其是刚性和强度的要求较高，这是因为在前围内板上还要设置各种电路管线等，制件内部如果出现裂纹和褶皱就会产生不合格品。首先进行冲压工艺的分析和 CAD 设计，确定共需要五个冲压工序，分别为拉延、OP20 修边冲孔、 OP30 修边冲孔、翻边整形和斜楔冲孔，通过 CAD 软件建立初步的冲压模具。第二步进行 CAE 分析，将上一步设计出的模具图纸导入 Dynaform 软件中，如图 2 所示，CAE 分析模型共有凸模、压边圈、坯料和凹模这四个部分组成，对于拉延压力边受力情况进行优化分析，确定最优工艺参数; 对制件易起皱的区域进行分析，可控制叠料的发生; 对压力边和拉延筋分析，优化分析局部圆角 R 参数，可改善制件开裂现象; 经过多轮优化分析后，如果仍然存在风险较高的问题，需要在下一步模具调试步骤再次进行调整。第三步是模具的调试，采用 CAE 分析工具，辅助于现有的其他技术手段，验证冲压过程的工艺性是否合理，进一步设计优化，确保得到更高质量的模具产品; 易于出现的缺陷主要有: 开裂、起皱、破裂等，结合成本因素，对开裂可采用放大圆角、降低应力集中; 或者改变局部型面高度等，采用这两种方法尽管可以减少开裂的发生，但是又带来了“颈缩”的现象，可通过改变电机结构、降低凸包的高度等措施解决。因此可以看出，在 CAD 设计模具结构后，CAE 分析是十分必要的，通过 CAE 分析，可以了解拉延件成型的流程，预测成型过程的缺陷，并给出调整建议，能够切实有效地解决质量缺陷，缩短生产周期。

对于散热器罩，它的形状沿Y方向对称分布，顶部具有一个稍微平缓的表面，为了保证散热器罩的质量，尽可能使其一次成型，并保证表面光滑均匀，因此 CAE 分析过程也至关重要。首先要进行三维建模，创造曲面模型，将零部件模型引入 CAE 软件中，分析两者是否匹配，并引入有限元的相关知识，建立分析模型，并采用 CAE 软件自动生成补充面，其具体的分析步骤如图 3 所示。也可以使用等效的拉伸筋模型的方法，按照制品尺寸建立等效模型，并准确分析数据，保证在冲压方向上不会出现死区。

汽车前门内板属于外覆盖件，不仅对其外观有要求，其力学性能和成形性同样也具有较高的标准，采用 CAE 软件对模具的开发过程进行分析优化，就不能够综合考虑各种因素，导致模具的设计和制造过程周期变长，而同时运用同步工程技术 ( 是一种系统的考量办法，能够结合现行开发程序，将不同的生产过程同步化，充分考虑消费者的愿望，同时在整个生命周期内采用差异化平行工作策略，增强团队的合作，资源的共享等) 可以从根本上消除模具设计过程中的缺陷，为后期的模具制造提供了强有力的保障，大幅度缩短了模具生产周期。表 1 展示了应用同步工程技术前后模具设计和制造的对比情况，可以看出，在 CAD 分析的基础上创新性地引入新技术，可以优化分析方案，取得意想不到的效果。

2. 2 其他冲压模具

相对于汽车覆盖件，对于尺寸较小的汽车零部件，可以设计一模多出的模具产品，一次冲压得到多件链板零件产品，可节约生产周期，提高生产效率。

例如链板零件，主要用于排气管上，夹在两橡胶皮的中间，可避免漏气。采用 CAD/CAE 复合技术，首先运用 AutoForm 系统选择合适的链板冲压排样和成本计算，确定合适的排样方案和排样设计。再在 UG 软件中建模，使用 UG 中的 CAE 仿真分析功能，对 AutoForm 的设计结果进行分析，并不断优化方案，确定最佳方案; 然后确定零件 3D 建模方案、装配效果虚拟分析、仿真运动及装配。将采用了 CAD/CAE 复合技术的模具设计方案与未采用 CAD/CAE 复合技术的方案进行对比后发现，冲压产品的废品率由 10%降低到了 1%，模具使用过程发生故障的次数也由 3 次降到了 0，模具使用寿命由原来的可使用10 000次提高到了可使用 15 000 次。

因此，可以看出计算机技术对汽车冲压模具的设计和制造过程提供了有力的支撑，可以获得更加快捷和精准的设计方案，并能够缩短生产周期，降低生产成本等; 同时创新性地采用辅助技术，例如同步工程技术，能够更进一步地优化模具的设计和制造过程。 

3 计算机技术在汽车冲压模具设计与制造中存在的问题及分析

计算机技术为汽车冲压模具的设计和制造提供了诸多便利之处，但是其应用也不是十全十美，尤其在我国，其应用仍然存在一些问题，具体体现在: 1) 专业人才短缺。由于计算机技术既结合软件操作、程序编制，汽车冲压模具设计又需要研发人员具有丰富的汽车专业知识，对人才的要求较高。2) 标准化程度低。不同的汽车生产企业都有自己的设计标准，模具加工企业也是如此，导致了计算机软件缺乏统一的设计和制造规范，造成了现有的软件系统集成化和智能化程度过低，产生了不必要的浪费。3) CAD 软件开发手段相对国外较为落后。目前由我国自主研发的 CAD 软件数量仍然偏少，由国外公司引进的技术多为通用型，其技术相对落后，专用性不够; 而自主开发软件的开发周期过长，跟不上技术的发展。4) 管理方式不适宜。对于汽车行业，企业的发展不止需要专业技术，管理方式也影响着企业的发展，同时也对技术的进步产生了一定影响，许多企业管理人员不能接受现代管理理念，不能建立新式的管理制度，限制了技术人员的发展，也就导致计算机技术不能更好地汽车冲压模具设计和制造中发挥其作用。

针对上述问题，汽车制造企业应当积极寻求解决方案，引进专业技术人才，着力于软件开发; 不同企业间也应当开放发展，加强沟通交流与合作，并确定行业规范，统一标准; 管理者也应当吸收先进的管理经验，关注细节，避免不必要的浪费，不断学习，助力我国汽车模具行业拥有自主创新技术，赶上国际发展新局势。

4 结论

本文对计算机技术在汽车冲压模具设计与制造中的应用进行了研究，重点分析了汽车覆盖件冲压模具，采用 CAD、CAE、CAM 技术，运用具有这些功能的计算机软件进行模具设计、模拟装配、仿真分析，并进行了成本预算、方案优化等，相比于传统的模具设计与制造方法具有高效率、低成本、高合格率等显著优势。同时，在现有的计算机技术的基础上，运用新型管理方法: 同步工程技术，统筹生产全过程，把握全局，进一步完善了现有的生产模式，获得了更佳的效果。

当下，计算机的快速发展促进了计算机技术在模具设计与制造中更加广泛的应用，网络的发展也使世界各国、各个企业间的交流更加频繁，模具的三维设计与数字化控制是未来行业发展的主流趋势; 将计算机的模具设计与制造过程和项目管理、客户关系管理、财务系统管理等结合起来，综合考虑，运用现代化的管理观念，必将会推动汽车模具行业的跨越式发展。