一種商用車單排及排半頂蓋外板共用整形模具的實現方案

文／喬磊·安徽江淮汽車集團股份有限公司

模具是用來使金屬或非金屬成形的工具，是工業(yè)化生產中必不可少的基礎工藝裝備。模具制造技術水平的高低，不僅是衡量一個國家制造水平高低的重要標志，而且在很大程度上決定著產出產品的質量、效益和新產品開發(fā)能力；同時模具又是企業(yè)的“效益放大器”，依靠模具所生產出的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。

汽車生產中，90%以上的零部件需要依靠模具來成形，而沖壓模具所占比重約為40%。汽車沖壓模具主要用于生產構成汽車車身表面和內部的沖壓件，具有材料薄、形狀復雜、質量要求高等特點，為確保車身沖壓件的高精度及表面質量，就需要在沖壓模具生產制造過程中不斷引入新技術、新材料、新工藝，去適應汽車不斷多元化的需求。

頂蓋是汽車行業(yè)常見的一種外覆蓋件，其中同車型的卡車頂蓋一般會有兩種狀態(tài)：一種是單排，另一種是排半。汽車覆蓋件的沖壓工藝方案設計，是根據產品結構形狀和技術要求確定拉延、修邊、沖孔、翻邊、整形等工序及各工序的工藝補充方案，合理的工藝補充和工藝方案能減少各類質量缺陷，如前風窗的修邊整形不可避免地會出現整形印記，影響玻璃面密封，最嚴重還會造成風窗漏雨，同時，工藝方案的優(yōu)化也能降低工裝開發(fā)的投資成本。

沖壓件數模對比分析

對單排和排半頂蓋數模進行對比分析(圖1)，兩種頂蓋前、后端的搭接關系完全一致，前、后端型面特征及尺寸完全相同，僅在車身X 方向的長度尺寸有差異。

圖1 單排、排半頂蓋數模對比圖

沖壓工藝方案設計

針對沖壓工藝方案設計，主要從沖壓操作方便、安全性、模具結構合理、工件及廢料排出順暢、工序最優(yōu)化等要求的基礎上考慮，根據零件結構形狀和相關技術要求，確定拉延、修邊、沖孔、翻邊、整形等工序的排布及各工序具體內容設計。

通過對產品數據的分析，因單排及排半頂蓋數模前后端特征一致，因此兩個件工藝方案也一致，工藝方案確定為：OP10 拉延，因前端擋風玻璃安裝面(圖2)位置拉延角度問題，需對圖2 的1 處拉延模面進行調整；圖3 為拉延模面示意圖，OP20 對頂蓋周圈進行修邊，修邊角度較大位置采用側修邊，OP30 對前端擋風玻璃安裝面(圖2 中1 處所示)位置進行側整形。頂蓋外板工藝方案如圖4 所示。

圖2 頂蓋外板示意圖

圖3 拉延模面示意圖

圖4 頂蓋外板工藝方案

根據工藝方案，OP30 側整形位置的單排及排半頂蓋完全一致，因此可以考慮共用單排及排半頂蓋OP30 側整形模具，從而減少一套側整形模具的開發(fā)。

模具結構設計

OP30 側整形僅對圖2 中1 所示位置進行整形，且單排、排半頂蓋處型面完全一致，因此在模具結構設計時，單排及排半頂蓋所用整形機構完全一致，只需考慮單排及排半頂蓋在車身X 方向尺寸不一致所帶來的零件定位問題。因此將下模設計為三段式結構，分為四塊，如圖5 所示：1 為排半頂蓋定位符型面，2 為單排頂蓋定位符型面，3 為單排、排半頂蓋共用定位符型面，4 為側整形刀塊。在上模設計時，因下模1、2 處分別為兩種狀態(tài)沖壓件的定位符型面，因此在上模該處不能設計壓料，需做避空處理，只能在3 處單排、排半頂蓋共用的定位符型面處進行壓料。上模設計如圖6 所示，其中1、2 處為避空位置，3處為壓料面，4 處為整形刀塊。

圖5 側整形模具下模示意圖

圖6 側整形模具上模示意圖

具體情況，前部凸模3 為單排，排半頂蓋共用，其具有相同的型面特征，在前部共用部位的兩側搭接法蘭上設計有一半圓缺口，此缺口在第二序修邊時沖出，用于第三序整形時的零件精準定位，可有效保證單排、排半頂蓋零件的定位一致性。同時，各凸模均留有符型面，能進一步保證零件的可靠定位。前部共用凸模的下方有滑車，在上模插刀的作用和回程氮氣彈簧的作用下，整形凸模刀塊會往復運動，使前風窗部位能整形，并保證整形面平整無凹痕，同時，為解決兩種頂蓋受力不平衡的問題，在后部增加了兩個平衡氮氣缸，用于平衡模具左右兩側的壓力，使機床受力均勻，不偏載。

同時，該模具在自動化線上進行生產，單排、排半頂蓋外板對應不用程序號，為實現同一套整形模的兩種狀態(tài)程序號的切換，模具上設有兩個電器盒：一個單排，一個排半，用于自動識別相應程序號，且調用關聯的機器人程序。生產切換時只需將機床電器插頭插接到對應的電器盒上即可。頂蓋整形模電器盒示意圖如圖7 所示。

圖7 頂蓋整形模電器盒示意圖

實物驗證

模具實物見圖8，可以滿足生產線匹配要求，批量生產無問題；單排及排半頂蓋沖壓件實物見圖9，整形部位單排及排半頂蓋沖壓件精度檢測數據略有差異，但均控制在公差范圍內，達到沖壓件精度指標要求，同時沖壓件外觀達到外板件面品質量要求。

圖8 單排及排半頂蓋共用整形模實物圖

圖9 單排及排半頂蓋實物圖

結束語

沖壓模具在整車開發(fā)成本中占有較大的投資比重，通過工藝優(yōu)化減少模具數量，從而降低模具投資成本能起到立竿見影的效果，該單排及排半頂蓋外板通過共用整形模具，模具數量減少了1 套，節(jié)約模具開發(fā)費用約60 萬元。

同時，不同零件共用模具的思路也可以推廣應用到其他零件上，除了商用車單排及排半頂蓋外，乘用車頂蓋通常會開發(fā)全景天窗、小天窗、無天窗等不同狀態(tài)頂蓋沖壓件，頂蓋前橫梁、中橫梁、后橫梁只是局部搭接面略有差異；油、電車型共用翼子板、側圍僅是加油口/充電口位置的差異。通過工藝方案的優(yōu)化設計，均可實現某一工序的模具共用，從而減少模具數量，降低新車型的開發(fā)成本。