趙輝

摘 要：本文首先分析介紹了汽車全景天窗的頂蓋結(jié)構(gòu)特點、成形工藝，并對優(yōu)化汽車全景天窗回彈量及成形尺寸一致性的沖壓工藝方法進行了介紹，然后對實現(xiàn)該工藝方法所采用的同工序旋轉(zhuǎn)斜楔側(cè)翻邊和帶料直翻邊的模具結(jié)構(gòu)進行了介紹分析，通過對汽車全景天窗沖壓工藝的進一步優(yōu)化，汽車車頂零件開發(fā)效率得到了有效提高，汽車車頂零件回彈和縮短模具制造周期也得到了降低與縮短，改工藝優(yōu)化具有較高的參考價值。

關(guān)鍵詞：汽車全景天窗;沖壓工藝;優(yōu)化

配備全景天窗頂蓋的汽車不僅能夠保證車內(nèi)陽光充足，還能讓汽車動感十足，全景天窗的汽車市場未來將更為廣闊，對外觀造型也提出了更多的要求，給沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來更大的挑戰(zhàn)，故本文提出一種全景天窗車頂沖壓工藝優(yōu)化方法及其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，先介紹如下。

1 汽車全景天窗成形分析與工藝優(yōu)化

1.1全景天窗成形分析

全景天窗車頂相對于無天窗、小天窗的車頂，零件中部挖空多，且該區(qū)域產(chǎn)品弧度扁平，使材料在成形過程中難以充分變形。其難點在于大天窗區(qū)域經(jīng)過天窗翻邊和兩側(cè)側(cè)翻邊后，零件表面會產(chǎn)生輕微的凸凹塑性變形，造成回彈量難以控制以及寸一致性差的問題，最終導(dǎo)致成形零件質(zhì)量不符合要求，增加模具整改難度和降低零件批量生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性。

翻邊回彈產(chǎn)生的機理主要是由于翻邊時，壓料面壓力難以達到均勻及足夠的壓料力，翻邊組件向下運行過程中會使成形零件外表面產(chǎn)生面變形，當壓料力釋放后，塑性變形使成形的零件產(chǎn)生回彈?？刂品吇貜椀姆椒ㄓ泻芏啵邕^拉深，減小翻邊量;增加工藝缺口，釋放部分應(yīng)力;型面設(shè)計回彈補償;改變翻邊鑲件的刃入時序等。為了保證最終零件的成形質(zhì)量，現(xiàn)從沖壓工藝排布優(yōu)化分別分析天窗內(nèi)外側(cè)分工序翻邊和同工序翻邊的回彈情況。

（1）分工序翻邊。天窗廢料尺寸較大，不能在一道工序中完全切除，只能在第2道工序中分塊切除一部分廢料，在第3道工序中切除所有廢料及天窗全周翻邊，在第4道工序中兩側(cè)側(cè)翻邊，模擬工具體設(shè)置為全型面壓料，分工序模擬成形零件自由狀態(tài)回彈結(jié)果如圖1所示。

（2）同工序翻邊。在第4道工序中兩側(cè)側(cè)翻邊及天窗全周翻邊，預(yù)留2道工序修切天窗廢料，在第2 道工序中第 1 次修邊，在第 3 道工序中第 2 次修天窗殘余廢料，模擬工具體設(shè)置為全型面壓料，同工序模擬成形零件自由狀態(tài)回彈結(jié)果如圖2所示。

對上述2種成形工藝方案的零件自由狀態(tài)回彈量進行線性擬合，同工序翻邊回彈量變化斜率小，回彈量上、下偏差小，有利于補償數(shù)據(jù)以及精度的控制，減少模具調(diào)試工作量和開合模時間。

1.2 工藝優(yōu)化

合理的沖壓工藝取決于成形零件的質(zhì)量穩(wěn)定性。根據(jù)上述模擬分析結(jié)果，將全景天窗兩側(cè)及天窗區(qū)域的沖壓工藝優(yōu)化為：①拉深成形;②兩側(cè)正修邊，二次切斷廢料，保留天窗中間段廢料，整修上、下端面;③修切天窗殘留廢料，此時掉落廢料空間大，結(jié)構(gòu)簡單;④側(cè)翻兩側(cè)激光焊接邊，下壓料板正翻天窗周邊。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

旋轉(zhuǎn)斜楔相對推拉斜楔、雙動斜楔等，具有空間體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)構(gòu)強度好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于空間位置緊湊的汽車覆蓋件側(cè)翻邊與其他工藝組合的模具中，能有效縮小模具整體結(jié)構(gòu)尺寸，降低模具制造成本。旋轉(zhuǎn)斜楔分為定軸徑和變軸徑2種類型，其中變軸徑對于車頂、側(cè)圍長軸類零件更具有設(shè)計柔性。為解決全景天窗四角翻邊后的表面缺陷問題，周邊成形采用下壓料板帶料翻邊結(jié)構(gòu)，正翻邊刀塊與下壓料板夾住板料以控制翻邊位置的材料流動狀態(tài)，防止翻邊波紋的產(chǎn)生，同時，翻邊過程中上壓料板和下壓料板形成力的平衡，使翻邊變形充分，達到改善A面成形質(zhì)量的目的。

（1）天窗翻邊。直翻邊+翻邊頂料器+下壓料板成形天窗翻邊。

（2）激光焊接面?zhèn)确?。?jīng)對比，旋轉(zhuǎn)斜楔結(jié)構(gòu)為最好的方案。

激光焊接車頂內(nèi)外側(cè)翻邊設(shè)計要求：①正翻翻邊高度a=15 mm;②零件取料線距固定凸模分模線空間要求最小為5 mm，使零件負角區(qū)域能順利脫模;③側(cè)翻壓料面寬度最小為15 mm;④旋轉(zhuǎn)斜楔蓋板厚度最小為12 mm;⑤直翻邊避讓空間最小為25mm。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 外側(cè)側(cè)翻邊旋轉(zhuǎn)軸擺放

旋轉(zhuǎn)軸是旋轉(zhuǎn)斜楔的核心，其擺放位置是最先需要確定的，一旦軸心改變，則整個斜楔結(jié)構(gòu)都會隨之改變。旋轉(zhuǎn)軸的擺放位置由沖壓零件形狀及其具有沖壓負角的側(cè)翻邊區(qū)域在沖壓坐標系中的狀態(tài)決定，按照接近設(shè)計原則，旋轉(zhuǎn)軸與翻邊輪廓線前后側(cè)端點連線平行，其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計空間最優(yōu)，確定擺放角度為3°。

3.2 確定旋轉(zhuǎn)軸心區(qū)域

按照四向危險點確認原則，基于確定的旋轉(zhuǎn)軸擺放方式，側(cè)向視角篩選出該軸上下左右4個方向的極點位置。通過4個點作旋轉(zhuǎn)軸線的法向面，求該法向面與零件的交線。分析3段交線上各段的垂直線，求出旋轉(zhuǎn)軸心可行區(qū)域，如圖3 所示。根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計標準和最高點位置壓料范圍，初步確定旋轉(zhuǎn)軸的軸半徑。

3.3 最窄區(qū)域旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)及帶料翻邊結(jié)構(gòu)分析

模具結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，采用同軸心、變軸徑設(shè)計方法，設(shè)計的翻邊結(jié)構(gòu)斷面如圖1中A-A所示，在最窄區(qū)域旋轉(zhuǎn)半徑為R155 mm;固定凸模蓋板細長區(qū)域（圓圈處）寬度為14 mm;內(nèi)側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)設(shè)計高度為 50 mm，包括：15 mm（零件翻邊高度）+10 mm（零件結(jié)構(gòu)避讓空間）+15 mm+10 mm（結(jié)構(gòu)避讓空間）;側(cè)翻邊有效壓料區(qū)為32 mm，零件取料空間大于5 mm。結(jié)合模具設(shè)計要求和現(xiàn)場經(jīng)驗，該方案符合模具結(jié)構(gòu)強度、功能需求，天窗內(nèi)外側(cè)同工序翻邊結(jié)構(gòu)可行。

參考文獻

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