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(diǎn)、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(jìn)行了介紹，然后對實(shí)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(jìn)行了介紹分析，通過對汽車全景天窗沖壓工藝的進(jìn)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(jià)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(jì)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(jì)，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(diǎn)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(jī)理主要是由于翻邊時(shí)，壓料面壓力難以達(dá)到均勻及足夠的壓料力，翻邊組件向下運(yùn)行過程中會使成形零件外表面產(chǎn)生面變形，當(dāng)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(jì)回彈補(bǔ)償;改變翻邊鑲件的刃入時(shí)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(jìn)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(bǔ)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(shí)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(shí)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(jì)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(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(shí)，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(dá)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(jì)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(fù)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(jì)

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(gè)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(fù)角的側(cè)翻邊區(qū)域在沖壓坐標(biāo)系中的狀態(tài)決定，按照接近設(shè)計(jì)原則，旋轉(zhuǎn)軸與翻邊輪廓線前后側(cè)端點(diǎn)連線平行，其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xiǎn)點(diǎn)確認(rèn)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(gè)方向的極點(diǎn)位置。通過4個(gè)點(diǎn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)和最高點(diǎn)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(jì)方法，設(shè)計(jì)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(xì)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(jì)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(jì)要求和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，該方案符合模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、功能需求，天窗內(nèi)外側(cè)同工序翻邊結(jié)構(gòu)可行。

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