朱 俊
大乘汽車(chē)集團(tuán)有限公司(江蘇常州 213000)
設(shè)計(jì)美學(xué)是汽車(chē)工業(yè)上一個(gè)無(wú)法規(guī)避的問(wèn)題,尤其是在當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)環(huán)境下,時(shí)尚的外形設(shè)計(jì)是汽車(chē)廠家抓住消費(fèi)者眼球的重要法寶。而尾燈又是汽車(chē)整體造型的重要元素之一,時(shí)尚、個(gè)性、新穎的尾燈造型是整車(chē)一道亮麗的風(fēng)景線。然而,用于安裝固定尾燈的尾燈座板,因尾燈造型的需要其結(jié)構(gòu)變得愈加復(fù)雜。
本文介紹了一種用于安裝SUV車(chē)型超長(zhǎng)尾燈(見(jiàn)圖1)的尾燈座板,主要從尾燈座板的結(jié)構(gòu)、沖壓CAE分析、工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討,闡述復(fù)雜尾燈座板工藝和模具設(shè)計(jì)過(guò)程。
尾燈座板因其在白車(chē)身上所處位置和其所承接功能特殊,致使尾燈座板鈑金件自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如圖2所示,尾燈座板在汽車(chē)白車(chē)身上所處區(qū)域,與其有配合搭接關(guān)系的零件有:側(cè)圍外板、流水槽、尾燈座板角板、側(cè)圍外板延伸板以及D柱下內(nèi)板等零件。此外,尾燈座板根據(jù)其承接功能的需要,該鈑金件上有5組功能各異的沖孔。如圖3所示,尾燈座板孔位信息有定位孔、線束膠套過(guò)孔、后大燈安裝孔、后保險(xiǎn)杠尾燈支架安裝孔、卡扣定位孔。因尾燈座板需滿足尾燈的匹配需求,尾燈座板上應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的安裝避讓空間,造成其自身造型復(fù)雜;其中尾燈座板與側(cè)圍外板之間的匹配面(見(jiàn)圖3中陰影區(qū)域面)結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜,為了避免白車(chē)身焊裝完成后出現(xiàn)不符合涂裝工藝要求的老鼠洞等白車(chē)身缺陷,側(cè)圍外板后三角區(qū)域的兩處尖點(diǎn),必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的鈑金件與之進(jìn)行匹配貼合;其中一處由尾燈座板角板與之進(jìn)行匹配,另外一處則由尾燈座板的A處造型(見(jiàn)圖3)與之匹配;為了完成與側(cè)圍外板尖點(diǎn)的匹配,尾燈座板A處造型是一個(gè)兩相鄰翻邊垂直,中間R過(guò)渡的造型;此處造型也是尾燈座板工藝設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。
圖1 尾燈
圖2 尾燈座板在車(chē)身上的位置
圖3 尾燈座板的結(jié)構(gòu)
每臺(tái)車(chē)左右各有一個(gè)尾燈座板,從整車(chē)開(kāi)發(fā)成本上考慮,盡可能降低模具開(kāi)發(fā)費(fèi)用。本車(chē)型的尾燈座板采用左右件合模的方案進(jìn)行工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因尾燈座板其自身機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性,在確定左右件合拼方案時(shí),要充分考慮與側(cè)圍外板匹配面的成形工藝設(shè)計(jì),尤其是與側(cè)圍外板尖點(diǎn)的匹配處(尾燈座板A處造型)。該造型通過(guò)常規(guī)的修邊后再翻邊是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,經(jīng)過(guò)綜合分析對(duì)此處造型采取拉伸時(shí)直接成形到位,再通過(guò)不同角度的修邊實(shí)現(xiàn)該部位結(jié)構(gòu)。因此,確定尾燈坐板的左右件合拼方案為:以與側(cè)圍外板延伸板搭接面為對(duì)稱(chēng)面,將尾燈座板A處造型在左右合拼工藝補(bǔ)充區(qū)域直接拉伸成形到位,如圖4所示。
圖4 左右件合拼方案
因尾燈座板安裝匹配面造型比較復(fù)雜,在選取沖壓方向時(shí),要充分考慮成形面在沖壓方向上是否存在負(fù)角,將尾燈座板按照其車(chē)身坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整,經(jīng)過(guò)多次分析比較,最終確定其沖壓的方向?yàn)椋篨60°、Y45°、Z-68°,如圖5所示。
圖5 尾燈座板的沖壓方向
在尾燈座板材料選擇上,考慮其成形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,材料流動(dòng)的不均勻性,該零件要求材料必須有較高的延伸率等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過(guò)CAE多次模擬分析,最終確定其材料為DC06。
通過(guò)上述左右件的合拼方案、沖壓方向、板料材質(zhì)分析確認(rèn)后,進(jìn)而對(duì)其工藝補(bǔ)充面進(jìn)行優(yōu)化分析,根據(jù)AutoForm模擬分析結(jié)果,檢查其成形過(guò)程,如圖6所示,過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)板料減薄超差和明顯起皺現(xiàn)象,如圖7所示。根據(jù)CAE分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其變薄率、起皺、最大失效進(jìn)行綜合評(píng)判,減薄率在0~0.25mm的范圍內(nèi),起皺在0~0.03mm的范圍內(nèi),最大失效在0~0.8分范圍內(nèi),如圖8、圖9、圖10所示,最終確定該方案分析的結(jié)果可行。
圖6 尾燈座板成形過(guò)程圖
圖7 尾燈座板成形性檢查
圖8 尾燈座板減薄率檢查
圖9 尾燈座板起皺檢查
圖10 尾燈座板最大失效檢查
該尾燈座板結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因各工序需完成的工序內(nèi)容不同,工序之間需進(jìn)行沖壓方向的旋轉(zhuǎn)。工藝設(shè)計(jì)時(shí),主要從零件生產(chǎn)的可操作性、模具結(jié)構(gòu)的可靠性、零件品質(zhì)的穩(wěn)定性和一致性等方面進(jìn)行了分析研究。最終確定了該零件需由6道工序完成,分別是OP10序拉伸、OP20序修邊+側(cè)沖孔、OP30序修邊+側(cè)沖孔+分離、OP40序翻邊+整形、OP50序側(cè)修邊、OP60序側(cè)修邊+側(cè)沖孔。
OP10序設(shè)計(jì)時(shí),將尾燈座板A處造型在左右合拼工藝補(bǔ)充區(qū)域直接拉伸成形到位,零件其他區(qū)域的翻邊匹配面過(guò)R角后對(duì)直邊進(jìn)行展開(kāi)攤平,工藝補(bǔ)充面上做光順。為了方便后續(xù)修邊,在做工藝補(bǔ)充面時(shí)沿修邊線向外延伸5mm??紤]材料流動(dòng)的順暢性,左右兩側(cè)的工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)三角形平臺(tái)斜面;為了提高材料利用率,左右件合拼區(qū)域盡量縮小,控制在10mm以內(nèi),如圖11所示。
圖11 OP10序工法圖
OP20序設(shè)計(jì)時(shí),該序的沖壓方向與拉伸序保持一致,考慮到廢料滑落的順暢性并為后序分離做準(zhǔn)備,該序主要是對(duì)零件周邊廢料進(jìn)行修沖,同時(shí)對(duì)左右件合拼工藝補(bǔ)充區(qū)域進(jìn)行正沖和側(cè)沖,為OP30序左右件分離做準(zhǔn)備,如圖12所示。
OP30序主要將需要翻邊的修邊線修沖到位,由于后序翻邊整形工序需要旋轉(zhuǎn)沖壓方向,因此本序需將左右件完全分離。結(jié)合本工序內(nèi)容,合理布置側(cè)修、側(cè)沖機(jī)構(gòu),確定側(cè)修、側(cè)沖的斜楔角度,將后大燈安裝孔在本序中沖出,如圖13所示。
圖13 OP30序工法圖
OP40序?yàn)榱吮WC所有翻邊面能在一序中同時(shí)完成,OP40序的沖壓方向在OP30序的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)了20°;同時(shí)該序利用壓料芯蹲死對(duì)零件復(fù)雜型面進(jìn)行整形,提高零件型面的符檢率,如圖14所示。
圖14 OP40序工法圖
OP50序和OP60序主要對(duì)將尾燈座板A處造型處進(jìn)行修邊,由于該處造型的特殊性,所以必須通過(guò)兩道工序才能完成。此外零件的定位孔和所有的安裝孔也在OP60同時(shí)沖出,確保了孔的精度,如圖15、圖16所示。
圖15 OP50序工法圖
圖16 OP60序工法圖
綜上所述,尾燈座板因其自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu),要求工藝設(shè)計(jì)人員在工藝設(shè)計(jì)時(shí)要充分的考慮模具結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性及可靠性,生產(chǎn)的可操作性、零件面品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性,進(jìn)而確定各道工序需要實(shí)現(xiàn)的工序內(nèi)容,針對(duì)每序設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述。總的來(lái)說(shuō),該套工藝設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)操作順暢,模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制件質(zhì)量穩(wěn)定、一致性好,為其他車(chē)型類(lèi)似的尾燈座板的工藝設(shè)計(jì)提供了一種方案。
尾燈座板的模具以常規(guī)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主,適用于手工線上生產(chǎn)。OP10序拉伸模設(shè)計(jì)時(shí),采用手工線通用的模具結(jié)構(gòu),主要由上模、壓邊圈、下模組成,上模與壓邊圈采用中間導(dǎo)腿導(dǎo)向的結(jié)構(gòu),壓邊圈與下模采用內(nèi)導(dǎo)向的方式,整體模具導(dǎo)向平穩(wěn)。壓邊圈上設(shè)計(jì)有板料滑料架,方便操作人員上下料,板料在壓邊圈上采用封閉式定位塊,板料定位可靠,如圖17所示。
圖17 OP10模具圖
OP20序設(shè)計(jì)時(shí),上模與下模采用導(dǎo)腿加導(dǎo)柱導(dǎo)套的導(dǎo)向方式,對(duì)于上下模有側(cè)向力的模具,使用該結(jié)構(gòu)模具整體導(dǎo)向平穩(wěn)。為了平衡側(cè)面斜楔側(cè)沖孔產(chǎn)生的側(cè)向力,上下模設(shè)計(jì)有防側(cè)向力導(dǎo)板。本序零件靠模具的型面定位,修邊廢料從模具兩邊滑出,滑出空間較大,廢料滑落順暢。為了方便操作人員取件,下模設(shè)計(jì)有氣動(dòng)頂料機(jī)構(gòu),如圖18所示。
圖18 OP20模具圖
OP30序設(shè)計(jì)時(shí),分離廢料從模具單側(cè)滑出,主要考慮二層廢料滑道滑出空間和滑板角度,滑出空間尺寸大于零件最大輪廓尺寸加30mm,滑料板角度大于25°,確保廢料滑落順暢。本序零件靠型面定位,為方便操作人員取件,下模設(shè)計(jì)有空手槽;由于斜楔側(cè)修時(shí)產(chǎn)生側(cè)向力,上下模左右兩邊設(shè)計(jì)有防側(cè)向力背托,如圖19所示。
圖19 OP30模具圖
OP40序設(shè)計(jì)時(shí),該序模具主要完成制件上翻邊和型面整形,模具采用下活動(dòng)壓芯的結(jié)構(gòu),翻邊整形鑲塊直接鑲嵌在上模板,下活動(dòng)壓料芯的壓力源由氮?dú)鈴椈商峁换顒?dòng)壓芯下設(shè)計(jì)有整形到底蹲死塊和上行程限位安全蓋板,如圖20所示。
OP50序設(shè)計(jì)時(shí),由于零件修沖角度的需要,該序沖壓方向旋轉(zhuǎn)的一定的角度,導(dǎo)致壓料芯前后落差較大,為了確保壓料芯的工作平穩(wěn),下模設(shè)有兩處壓料芯錐形平衡塊,如圖21所示。
OP60序設(shè)計(jì)時(shí),該序模具需對(duì)尾燈座板A處造型處進(jìn)行精修,且該處修沖屬于單邊剪切,精修凸模受側(cè)向力較大;設(shè)計(jì)時(shí)將修沖凸模刃口斷面做成Z形狀,非修邊面與凹模采用0間隙配合;設(shè)計(jì)Z形的凸模刃口斷面,能有效抵消精修凸模單邊剪切時(shí)所受的較大側(cè)向力。由于制件定位孔和安裝孔正沖的需要,該工序沖壓方向旋轉(zhuǎn)的一定的角度,導(dǎo)致壓料芯前后落差較大,為了確保壓料芯的工作平穩(wěn),下模設(shè)有4處壓料芯錐形平衡塊,如圖22所示。
圖20 OP40模具圖
圖21 OP50模具圖
圖22 OP60模具圖
綜上所述,針對(duì)尾燈座板每道工序的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要注意的重點(diǎn)和特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)闡述,因其自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu),工序內(nèi)容較多,需要不同工序的模具共同實(shí)現(xiàn)。總的來(lái)說(shuō),該制件的模具設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)操作順暢,模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制件質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性好。
本文從尾燈座板的結(jié)構(gòu)、沖壓CAE分析、工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面,介紹了一種用于安裝超長(zhǎng)尾燈的尾燈座板的模具開(kāi)發(fā)過(guò)程,著重闡述復(fù)雜尾燈座板的工藝和模具設(shè)計(jì)方案。從制件生產(chǎn)的可操作性、模具結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性、制件面品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性的角度考慮,合理設(shè)計(jì)、布置沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu),進(jìn)而確定各道工序需要實(shí)現(xiàn)的工序內(nèi)容??傊?,該制件的工藝和模具設(shè)計(jì)方案,對(duì)其他車(chē)型類(lèi)似結(jié)構(gòu)的尾燈座板,具有一定的參考借鑒價(jià)值。