一种商用车单排及排半顶盖外板共用整形模具的实现方案

文／乔磊·安徽江淮汽车集团股份有限公司

模具是用来使金属或非金属成形的工具，是工业化生产中必不可少的基础工艺装备。模具制造技术水平的高低，不仅是衡量一个国家制造水平高低的重要标志，而且在很大程度上决定着产出产品的质量、效益和新产品开发能力；同时模具又是企业的“效益放大器”，依靠模具所生产出的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

汽车生产中，90%以上的零部件需要依靠模具来成形，而冲压模具所占比重约为40%。汽车冲压模具主要用于生产构成汽车车身表面和内部的冲压件，具有材料薄、形状复杂、质量要求高等特点，为确保车身冲压件的高精度及表面质量，就需要在冲压模具生产制造过程中不断引入新技术、新材料、新工艺，去适应汽车不断多元化的需求。

顶盖是汽车行业常见的一种外覆盖件，其中同车型的卡车顶盖一般会有两种状态：一种是单排，另一种是排半。汽车覆盖件的冲压工艺方案设计，是根据产品结构形状和技术要求确定拉延、修边、冲孔、翻边、整形等工序及各工序的工艺补充方案，合理的工艺补充和工艺方案能减少各类质量缺陷，如前风窗的修边整形不可避免地会出现整形印记，影响玻璃面密封，最严重还会造成风窗漏雨，同时，工艺方案的优化也能降低工装开发的投资成本。

冲压件数模对比分析

对单排和排半顶盖数模进行对比分析(图1)，两种顶盖前、后端的搭接关系完全一致，前、后端型面特征及尺寸完全相同，仅在车身X 方向的长度尺寸有差异。

图1 单排、排半顶盖数模对比图

冲压工艺方案设计

针对冲压工艺方案设计，主要从冲压操作方便、安全性、模具结构合理、工件及废料排出顺畅、工序最优化等要求的基础上考虑，根据零件结构形状和相关技术要求，确定拉延、修边、冲孔、翻边、整形等工序的排布及各工序具体内容设计。

通过对产品数据的分析，因单排及排半顶盖数模前后端特征一致，因此两个件工艺方案也一致，工艺方案确定为：OP10 拉延，因前端挡风玻璃安装面(图2)位置拉延角度问题，需对图2 的1 处拉延模面进行调整；图3 为拉延模面示意图，OP20 对顶盖周圈进行修边，修边角度较大位置采用侧修边，OP30 对前端挡风玻璃安装面(图2 中1 处所示)位置进行侧整形。顶盖外板工艺方案如图4 所示。

图2 顶盖外板示意图

图3 拉延模面示意图

图4 顶盖外板工艺方案

根据工艺方案，OP30 侧整形位置的单排及排半顶盖完全一致，因此可以考虑共用单排及排半顶盖OP30 侧整形模具，从而减少一套侧整形模具的开发。

模具结构设计

OP30 侧整形仅对图2 中1 所示位置进行整形，且单排、排半顶盖处型面完全一致，因此在模具结构设计时，单排及排半顶盖所用整形机构完全一致，只需考虑单排及排半顶盖在车身X 方向尺寸不一致所带来的零件定位问题。因此将下模设计为三段式结构，分为四块，如图5 所示：1 为排半顶盖定位符型面，2 为单排顶盖定位符型面，3 为单排、排半顶盖共用定位符型面，4 为侧整形刀块。在上模设计时，因下模1、2 处分别为两种状态冲压件的定位符型面，因此在上模该处不能设计压料，需做避空处理，只能在3 处单排、排半顶盖共用的定位符型面处进行压料。上模设计如图6 所示，其中1、2 处为避空位置，3处为压料面，4 处为整形刀块。

图5 侧整形模具下模示意图

图6 侧整形模具上模示意图

具体情况，前部凸模3 为单排，排半顶盖共用，其具有相同的型面特征，在前部共用部位的两侧搭接法兰上设计有一半圆缺口，此缺口在第二序修边时冲出，用于第三序整形时的零件精准定位，可有效保证单排、排半顶盖零件的定位一致性。同时，各凸模均留有符型面，能进一步保证零件的可靠定位。前部共用凸模的下方有滑车，在上模插刀的作用和回程氮气弹簧的作用下，整形凸模刀块会往复运动，使前风窗部位能整形，并保证整形面平整无凹痕，同时，为解决两种顶盖受力不平衡的问题，在后部增加了两个平衡氮气缸，用于平衡模具左右两侧的压力，使机床受力均匀，不偏载。

同时，该模具在自动化线上进行生产，单排、排半顶盖外板对应不用程序号，为实现同一套整形模的两种状态程序号的切换，模具上设有两个电器盒：一个单排，一个排半，用于自动识别相应程序号，且调用关联的机器人程序。生产切换时只需将机床电器插头插接到对应的电器盒上即可。顶盖整形模电器盒示意图如图7 所示。

图7 顶盖整形模电器盒示意图

实物验证

模具实物见图8，可以满足生产线匹配要求，批量生产无问题；单排及排半顶盖冲压件实物见图9，整形部位单排及排半顶盖冲压件精度检测数据略有差异，但均控制在公差范围内，达到冲压件精度指标要求，同时冲压件外观达到外板件面品质量要求。

图8 单排及排半顶盖共用整形模实物图

图9 单排及排半顶盖实物图

结束语

冲压模具在整车开发成本中占有较大的投资比重，通过工艺优化减少模具数量，从而降低模具投资成本能起到立竿见影的效果，该单排及排半顶盖外板通过共用整形模具，模具数量减少了1 套，节约模具开发费用约60 万元。

同时，不同零件共用模具的思路也可以推广应用到其他零件上，除了商用车单排及排半顶盖外，乘用车顶盖通常会开发全景天窗、小天窗、无天窗等不同状态顶盖冲压件，顶盖前横梁、中横梁、后横梁只是局部搭接面略有差异；油、电车型共用翼子板、侧围仅是加油口/充电口位置的差异。通过工艺方案的优化设计，均可实现某一工序的模具共用，从而减少模具数量，降低新车型的开发成本。