隨著科技的進步，在多媒體娛樂功能引入傳統汽車時，標志著汽車這一駕駛機器，就已經不再是單一的交通工具。當高度智能化的特斯拉電動車一經問世，便引爆全球，憑借其出色的自動安全駕駛功能，不斷刷新我們的眼球，而自動安全駕駛功能的“眼睛”和“耳朵”，則是車身四周的攝像頭和雷達探頭。隨著自動安全駕駛功能不斷地豐富，需要全車無死角探測車身周圍環境，遍布車身的各類攝像頭、雷達探頭的數量需求持續增加。面對復雜的用車環境和高昂的傳感器價格，其耐用性要求也不斷地提高。

攝像頭殼體和雷達殼體作為其內部傳感器的結構載體和防護件，材質一般有金屬和非金屬兩類，現以塑料件居多，本文將針對我們已完成試模打樣的鋁制攝像頭殼體進行介紹。

產品及生產工藝

產品信息

材料使用工業純鋁，牌號1070A，純鋁塑性好，易于冷擠壓成形。產品長寬高尺寸為23mm×23mm×17.5mm，輪廓尺寸公差±0.05mm，體積2038mm3，重量5.5g。因冷擠壓后的產品尺寸和表面粗糙度滿足要求，故鍛后無CNC加工，產品圖如圖1所示。

圖1 產品圖

設備選型

此系列產品冷擠壓成形噸位預估不足60t，雖然成形噸位小，但因設備噸位限制，故只能選用500t油壓機。

成形工藝與模具設計

此系列產品結構可使用型材冷擠壓一次成形，冷擠壓對坯料重量、體積和端面的要求較高，需采用精密鋸切下料。型材鋸切后的坯料形狀、尺寸見圖2；模具結構簡圖如圖3所示。

圖2 坯料形狀與尺寸

圖3 部分模具結構簡圖

上模芯在向下運動過程中，頭部的導向桿穿過坯料中心孔，與下模頂桿接觸發生導向；上模芯再繼續向下運動，中部方形桿與下模芯接觸發生二次導向，故對模具材料和加工精度要求較高，否則極易引起上模芯偏載斷裂。在退料后，下模頂桿依靠重力和下模頂桿彈簧的作用恢復到位。

成形與模具應力模擬分析

模擬參數設定

原材料尺寸：長寬高為22.6mm×22.6mm×5.3mm，重量約5.5g；網格劃分：網格數量為102863個，最小網格尺寸為0.385mm，網格比例2.5；摩擦系數：剪切摩擦系數0.2；運動與步長：上模運動速度1mm/s，步長值0.035mm。

模擬結果分析

模擬成形終步產品填充情況與產品尺寸(386步)，如圖4所示。

圖4 成形終步產品尺寸

等效應變分布云圖如圖5所示，成形過程中，殼體的等效應變分布較為均勻，最大值不大于3.9；最大等效應變出現在成形終步，位于殼體頭部毛刺位置，最大值5.93。

圖5 等效應變分布云圖

等效應力分布云圖見圖6，在剛開始發生塑性變形的過程中，應力集中在殼體內壁，最大值不小于134MPa；隨著變形程度的增大，等效應力分布趨于均勻，最大值不小于140MPa，出現在成形終步，主要分布在殼體頭尾的端部。

圖6 等效應力分布云圖

變形速度分布等高線圖見圖7，隨著變形程度的加大，變形速度也隨著加快，呈層狀分布，成形終步在殼體頭、尾部出現最大變形速度，最大值不小于29mm/s，在閉式擠壓模擬中，此位置易出現不收斂情況。

圖7 變形速度分布等高線圖

在冷擠壓成形過程中，如果應變速率太快，易出現開裂的風險，圖8為殼體成形過程中破損／破裂預測分布云圖，在成形過程的220～330步之間，系數值在1.1～1.5之間，破損／破裂的風險較高，殼體內壁存在破裂風險，在試模時需留意觀察。

圖8 破壞／破裂預測分布云圖

模具應力分析

因為產品尺寸較小，導致模具結構強度稍弱一些，在模具的結構上還需進一步研究，所以針對設計的模具結構做了應力模擬分析。閉式冷擠壓成形，成形終步的噸位最高，模具所承受的壓力也最大，因此，選取成形終步時的模具受力情況進行應力分析。

成形終步發生在0.1s時，圖9為模具應力分布云圖：左上為模具整體的應力分布云圖，最大應力1320MPa；右上為上模芯模具應力分布云圖，最大應力1070MPa；左下為下模芯模具應力分布云圖，最大應力1320MPa；右下為下模頂桿模具應力分布云圖，最大應力1110MPa。

圖9 模具應力分布云圖

由應力分布云圖可以看出，僅下模芯的最大應力超出1300MPa，最大應力集中在型腔R角處。因此，需對下模芯模具結構進行加強，此情況在設計之初就已經考慮到，故在下模芯基礎之上設計有預應力圈，以此來增強下模芯結構強度。其余模具的最大應力在1100MPa左右，無需做特殊加強，僅需選用優質冷擠壓模具材料，做優化處理即可。

試模

油壓機參數設定：噸位壓力設定80t，油壓機滑塊下壓速度1mm/s，圖10為試驗用到的500t油壓機。

圖10 500t油壓機

試模過程中，雖然成形噸位較小，但由于成形走料、導向間隙和模具的彈性變形，會導致一定的偏載，使導向間隙不均勻，間隙大的地方有毛刺產生；同時產品外壁沒有設計拔模角度；在脫模頂出時，產品會產生變形，尺寸超差。試模后，觀察殼體內腔表面狀況相對良好，無明顯破損和拉毛痕跡。后續外壁會增加0.5°的拔模斜度和整形模進行改善。圖11為此產品側面裁切后的成品與U盤的比較圖，圖12為此系列產品與圓珠筆的比較圖。

圖11 裁切側邊后的產品與U盤大小比較

圖12 該系列產品與圓珠筆的比較

結束語

在依靠經驗進行工藝和模具設計的過程中，當無法定性判斷缺陷且計算難度較高時，可以借助Deform-3D對此進行模擬分析，有助于對沒有把握的風險進行判斷，從而來提升試模的成功率和模具設計的可靠性。