汽车行李箱盖外板制造工艺对结构设计的影响

童秀芹

摘 要：汽车行李箱盖覆盖其造型外观直接影响整车的美观、结构设计和制造工艺。本文介绍了采用行李箱蓋外板零件整体一片式冲压工艺，实现复杂零件行李箱盖外板零件的结构功能和制造冲压工艺，降低项目开发成本。

关键词：行李箱盖外板；结构设计；冲压

1 引言

汽车覆盖件作为汽车车身的主要零件，其质量对整车的性能及外形美观至关重要，质量要求高，汽车覆盖件结构较大，形状不规则且复杂，在冲压成型中非常容易出现开裂、起皱现象[1]。本文介绍一种采用低成本模式，实现复杂零件行李箱盖外板零件整体式一片冲压的结构设计。

2 影响行李箱盖外板结构设计的原因分析

汽车行李箱盖外板的主要功能：一、实现尾部造型要求的关键A面零件；二、为行李箱盖附件零件提供安装。基于以上功能，其结构设计要从如何实现造型和安装结构两方面来考虑。

表1 常见的行李箱盖造型

造型影响

尾门和行李箱盖后部牌照板区域通常是冲压工艺最难成型的区域，该区域通常出现冲压开裂问题。行李箱盖的造型像个数字 “7”，而尾门的造型像个数字“1”，行李箱盖外板的冲压工艺相对尾门外板要复杂得多。造型中影响最大的元素包括：

（1）牌照是否布置在行李箱盖上；

（2）牌照灯是否布置在行李箱盖上；

（3）牌照上方把手高度；

（4）行李箱盖上是否布置尾灯B灯。

常见的行李箱盖造型，见表1。GP53项目行李箱盖造型如造型 4。行李箱左右两侧增加尾灯B灯、尾门拉手饰条、后部牌照、牌照灯和摄像头安装结构，因此GP53项目行李箱盖外板冲压工艺比GP50项目的复杂，实施困难。

3 点焊或激光焊接。

类似GP53项目的行李箱盖外板通常采用将行李箱盖分片。采用该方案，外板安装结构受冲压工艺影响的因素小，安装结构简单，安装结构尺寸的冲压圆角和拔模角设计值尺寸较小。该制造工艺对行李箱盖造型和结构设计要求相对低。另外一种方案，GP53项目行李箱盖外板采用GP50项目的工艺，即行李箱盖外板一片式整体冲压。采用该冲压方案，行李箱盖造型和结构受冲压工艺影响大，结构尺寸大。

3.1 成本和质量影响

根据GP53项目输入，车身板金只有行李箱盖为全新造型，只有行李箱盖内外板造型发生改变，模具需要重投。行李箱盖外板采用整体一片式冲压成型和分片式，冲压成本分析，见表2。

行李箱盖外板采用分体式，根据产品输入，上、下外板需要在焊装车间拼接，可采用激光焊接和点焊两种方式拼接。制造工程师分析方案，见表3。

制造工程师ME对两种方案进行对比分析：①采用上下两片，需要新增加设备、场地和操作工；②采用上下两片工艺，该方案技术尚未成熟，实施存在风险；③采用上下两片，采用机器人激光钎焊，不包括人员和场地，仅设备投入成本约 1566万元 RMB；采用上下两片，采用点焊，不包括人员和场地，仅设备投入成本约596万元RMB；采用一片式整体冲压，成本约429万。

表3 焊接工装成本分析

3.2 项目开发策略影响

最后项目开发策略采用低成本模式：行李箱盖一片式整体冲压，冲压工艺采用 4序完成。

行李箱盖外板开发策略采用一片式整体冲压给整个行李箱盖开发的工作带来了很大的困难，项目进展缓慢，不同的制造工艺方式带来不同的结构设计。存在问题：①行李箱盖外板尾灯B灯安装设计结构冲压分析出现开裂。②行李箱盖外板后部牌照上部区域设计结构冲压分析出现开裂。③后部拉手饰条安装设计结构冲压分析出现开裂。④安装结构无法确定，行李箱盖造型无法锁定。

4 解决措施及方案分析

4.1 方案 1

尾灯外板加强板采用材料为 BLD，板厚为0.8mm的钢板。尾灯外板加强板中部挖孔避让尾灯灯体，孔外圈提供尾灯B灯密封面，尾灯B灯的3个安装点及2个定位孔分别布置在尾灯外板加强板安装结构特征面。尾灯外板加强板周圈设计翻边结构，翻边结构与行李箱盖外板翻边通过点焊和涂密封胶工艺连接，牌照上部区域型面与Z轴冲压拔模角度为 45°，见图1。

距离+4mm，一侧低于行李箱盖外板A面X向距离-32mm，两侧密封面相差约36mm，板金结构部分区域超出造型A面，部分区域低于造型A面，板金无法做密封面和焊接边结构，无法密封和焊接。另一方面，灯工程师反馈B灯密封面结构已经做到极限尺寸25mm，尾灯密封面不能往车头-X方向移动，从正面看B灯密封面一侧高出行李箱盖外板A面X向距离约 +13mm，板金结构部分区域超出造型A面；板金外漏，板金无法做密封和焊接结构，无法密封和焊接。第三方面，尾灯B灯安装点距离 A面X向距离约154mm；B灯密封面安装结构与灯体最小距离仅为4mm；B灯在行李箱上的密封面安装宽度尺寸不小于7mm。根据上述灯输入要求，如果将灯安装点布置在B灯加强板上，行李箱上的B灯密封面与灯体干涉。第四方面，B灯加强板深度约130mm，冲压存在风险，为了满足冲压条件，加强板拔模角和圆角需要加大，加强板拔模角结构与灯体干涉。综上所述， B灯加强板结构无法同时满足提供 B灯密封面和安装点 2个功能要求。冲压分析行李箱盖外板数据反馈：从目前数据看，牌照处模角度小，同一个冲压角度下都是负角，并且出现开裂，见图4。

4.2 方案 2

在方案1基础上，将牌照上部区域型面与 Z轴冲压拔模角度更改为35°。

方案分析：外板结构进行冲压分析，冲压反馈：拉手安装点处面开裂，两端开裂严重，见图 3。冲压建议两端安装面拔模角度放大10°，上部R角R10以上，台阶处大圆弧过渡。下部R角再尽量放大。

压反馈：尾灯B灯密封面结构深度最深位置为 35mm，深度过深，该结构冲压开裂，冲压建议降低冲压深度。对冲压要求进行分析：一方面，灯工程师反馈B灯密封面结构已经做到极限尺寸25mm，尾灯密封面不能往车头-X方向移动。另一方面，尾灯造型A面与行李箱拉手饰条A 面在X方向要求平行，尾灯造型A面不能往车头-X方向移动。基于上述两个原因分析，行李箱盖外板提供尾灯密封面的结构深度不能降低，深度尺寸无法满足冲压要求。因此，行李箱盖外板提供B灯密封面，密封面下沉至A面的结构方案无法实施。

4.3 方案 4

行李箱盖外板中部挖孔避讓尾灯灯体，孔外圈提供尾灯B灯密封面，密封面外凸至A面，尾灯B灯的3个安装点及2个定位孔分别布置在尾门内板安装结构特征面见图。牌照上部区域型面与Z轴冲压拔模角度为27°44″，见图4。

方案分析：外板结构进行冲压分析，冲压反馈：： ①尾灯区域凸台红色面区域 1和黄色面区域2开裂；②拉手安装点处面开裂，见图5。冲压建议：①安装点区域尽量光顺，下部圆角都更改为R20以上。②尾灯处台阶深度尽量降低，红色面区域1开裂处面变斜15°以上，红色圆角放大到R15以上，尖角处倒大球角。③黄色面区域增加拔模角度5度。对冲压要求进行分析，一方面，拉手下部圆角更改为R20以上，板金圆角和后牌照干涉。另一方面，红色区域 1拔模角和圆角放大，外板 B灯安装结构尺寸加大，B灯造型A面尺寸小，B 灯盖不住板金，板金外露。第三方面，红色区域1安装结构按满足冲压要求更改，安装结构与行李箱盖外板牌照区域的A面造型和行李箱盖拉手饰条造型干涉。为满足冲压要求，行李箱盖、尾灯B灯和行李箱盖拉手饰条需要更改造型和造型尺寸大小。

4.4 方案 5

在方案基础4上，将牌照上部区域型面与 Z轴冲压拔模角度更改为 30°，上部红色圆角为R10，下部蓝色圆角为R20。

方案分析：外板结构进行冲压分析，冲压反馈：该结构无开裂。对该结构进行分析，行李箱拉手饰条宽度为40mm，宽度尺寸小，拉手饰条无法遮盖板金，存在漏水问题。

4.5 方案 6

在方案基础4上将牌照上部区域型面与轴冲压拔模角度与 Z轴角度为35°，上部红色圆角为R10；下部蓝色圆角为R20。

方案分析：外板结构进行冲压分析，冲压反馈：该结构拉手安装面开裂。

综合上述分析方案，1、行李箱盖外板中部挖孔避让尾灯灯体，孔外圈提供尾灯B灯密封面，密封面外凸至A面，尾灯B灯的3个安装点及2个定位孔分别布置在尾门内板安装结构特征面。 2、牌照上部区域型面与 Z轴冲压拔模角度为30°。3、更改行李箱盖尾灯 B灯安装结构和牌照区域造型，满足功能布置和冲压要求。 4、将行李箱盖外板 Logo安装面的尺寸宽度由原来的 114.5011mm加宽到 123.1624mm，满足后部商标LOGO布置。5、更改尾灯B灯造型，加大B灯造型尺寸，遮盖行李箱盖外板提供的安装结构。6、更改拉手饰条造型，将拉手饰条造型宽度尺寸由40mm加宽至45mm。

5 结论

采用该技术方案的行李箱盖外板的连接结构避免了采用高成本的激光或点焊工艺，利用整体式一片冲压工艺实现行李箱盖外板的结构功能和制造工艺，降低了设备投资成本，提高了零件的整体质量。零件已于2015年9月支持项目造车。该结构的行李箱盖外板零件已在2015年9月开始提供支持造车；行李箱外板零件完成行李箱盖30000次开闭耐久试验和26000次坏路整车试验均未出现质量问题。

参考文献：

[1]夏建新 .汽车行李箱盖冲压数值模拟及工艺参数稳健优化 .江苏大学，硕士 2010.

[2]孙开胜 .汽车行李箱盖拉延毛坯设计及工艺优化 .江苏大学，硕士，2008.

[3]管艳杰 .汽车覆盖件冲压成形工艺数值模拟及优化 .太原科技大学，硕士，2012.