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(chǎn)中必不可少的基礎(chǔ)工藝裝備。模具制造技術(shù)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(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)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(chǎn)出的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。

汽車生產(chǎn)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(chǎn)構(gòu)成汽車車身表面和內(nèi)部的沖壓件，具有材料薄、形狀復(fù)雜、質(zhì)量要求高等特點，為確保車身沖壓件的高精度及表面質(zhì)量，就需要在沖壓模具生產(chǎn)制造過程中不斷引入新技術(shù)、新材料、新工藝，去適應(yīng)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(shè)計，是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)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(zhì)量缺陷，如前風(fēng)窗的修邊整形不可避免地會出現(xiàn)整形印記，影響玻璃面密封，最嚴重還會造成風(fēng)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(shù)模對比分析

對單排和排半頂蓋數(shù)模進行對比分析(圖1)，兩種頂蓋前、后端的搭接關(guān)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(shù)模對比圖

沖壓工藝方案設(shè)計

針對沖壓工藝方案設(shè)計，主要從沖壓操作方便、安全性、模具結(jié)構(gòu)合理、工件及廢料排出順暢、工序最優(yōu)化等要求的基礎(chǔ)上考慮，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)形狀和相關(guān)技術(shù)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(nèi)容設(shè)計。

通過對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的分析，因單排及排半頂蓋數(shù)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(fēng)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(diào)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(cè)修邊，OP30 對前端擋風(fēng)玻璃安裝面(圖2 中1 處所示)位置進行側(cè)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(jù)工藝方案，OP30 側(cè)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(cè)整形模具，從而減少一套側(cè)整形模具的開發(fā)。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

OP30 側(cè)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(jié)構(gòu)設(shè)計時，單排及排半頂蓋所用整形機構(gòu)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(shè)計為三段式結(jié)構(gòu)，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(cè)整形刀塊。在上模設(shè)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(shè)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(shè)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(cè)整形模具下模示意圖

圖6 側(cè)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(cè)搭接法蘭上設(shè)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(fù)運動，使前風(fēng)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(cè)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(chǎn)，單排、排半頂蓋外板對應(yīng)不用程序號，為實現(xiàn)同一套整形模的兩種狀態(tài)程序號的切換，模具上設(shè)有兩個電器盒：一個單排，一個排半，用于自動識別相應(yīng)程序號，且調(diào)用關(guān)聯(lián)的機器人程序。生產(chǎn)切換時只需將機床電器插頭插接到對應(yīng)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(chǎn)線匹配要求，批量生產(chǎn)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(shù)據(jù)略有差異，但均控制在公差范圍內(nèi)，達到?jīng)_壓件精度指標要求，同時沖壓件外觀達到外板件面品質(zhì)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(jié)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(shù)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(shù)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(yīng)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(cè)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(shè)計，均可實現(xiàn)某一工序的模具共用，從而減少模具數(shù)量，降低新車型的開發(fā)成本。