汽車尾燈座板沖壓工藝和模具結構

朱 俊

大乘汽車集團有限公司（江蘇常州 213000）

1 引言

設計美學是汽車工業(yè)上一個無法規(guī)避的問題，尤其是在當前汽車行業(yè)競爭越來越激烈的市場環(huán)境下，時尚的外形設計是汽車廠家抓住消費者眼球的重要法寶。而尾燈又是汽車整體造型的重要元素之一，時尚、個性、新穎的尾燈造型是整車一道亮麗的風景線。然而，用于安裝固定尾燈的尾燈座板，因尾燈造型的需要其結構變得愈加復雜。

本文介紹了一種用于安裝SUV車型超長尾燈（見圖1）的尾燈座板，主要從尾燈座板的結構、沖壓CAE分析、工藝設計、模具結構設計等相關內容進行探討，闡述復雜尾燈座板工藝和模具設計過程。

2 尾燈座板結構及功能介紹

尾燈座板因其在白車身上所處位置和其所承接功能特殊，致使尾燈座板鈑金件自身結構復雜。如圖2所示，尾燈座板在汽車白車身上所處區(qū)域，與其有配合搭接關系的零件有：側圍外板、流水槽、尾燈座板角板、側圍外板延伸板以及D柱下內板等零件。此外，尾燈座板根據其承接功能的需要，該鈑金件上有5組功能各異的沖孔。如圖3所示，尾燈座板孔位信息有定位孔、線束膠套過孔、后大燈安裝孔、后保險杠尾燈支架安裝孔、卡扣定位孔。因尾燈座板需滿足尾燈的匹配需求，尾燈座板上應設計相應的安裝避讓空間，造成其自身造型復雜；其中尾燈座板與側圍外板之間的匹配面（見圖3中陰影區(qū)域面）結構最為復雜，為了避免白車身焊裝完成后出現不符合涂裝工藝要求的老鼠洞等白車身缺陷，側圍外板后三角區(qū)域的兩處尖點，必須設計相應的鈑金件與之進行匹配貼合；其中一處由尾燈座板角板與之進行匹配，另外一處則由尾燈座板的A處造型（見圖3）與之匹配；為了完成與側圍外板尖點的匹配，尾燈座板A處造型是一個兩相鄰翻邊垂直，中間R過渡的造型；此處造型也是尾燈座板工藝設計的難點。

圖1 尾燈

圖2 尾燈座板在車身上的位置

圖3 尾燈座板的結構

3 尾燈座板CAE分析

每臺車左右各有一個尾燈座板，從整車開發(fā)成本上考慮，盡可能降低模具開發(fā)費用。本車型的尾燈座板采用左右件合模的方案進行工藝和結構設計。因尾燈座板其自身機構的復雜性，在確定左右件合拼方案時，要充分考慮與側圍外板匹配面的成形工藝設計，尤其是與側圍外板尖點的匹配處（尾燈座板A處造型）。該造型通過常規(guī)的修邊后再翻邊是無法實現的，經過綜合分析對此處造型采取拉伸時直接成形到位，再通過不同角度的修邊實現該部位結構。因此，確定尾燈坐板的左右件合拼方案為：以與側圍外板延伸板搭接面為對稱面，將尾燈座板A處造型在左右合拼工藝補充區(qū)域直接拉伸成形到位，如圖4所示。

圖4 左右件合拼方案

因尾燈座板安裝匹配面造型比較復雜，在選取沖壓方向時，要充分考慮成形面在沖壓方向上是否存在負角，將尾燈座板按照其車身坐標系進行旋轉調整，經過多次分析比較，最終確定其沖壓的方向為：X60°、Y45°、Z-68°，如圖5所示。

圖5 尾燈座板的沖壓方向

在尾燈座板材料選擇上，考慮其成形結構比較復雜，材料流動的不均勻性，該零件要求材料必須有較高的延伸率等優(yōu)點，經過CAE多次模擬分析，最終確定其材料為DC06。

通過上述左右件的合拼方案、沖壓方向、板料材質分析確認后，進而對其工藝補充面進行優(yōu)化分析，根據AutoForm模擬分析結果,檢查其成形過程，如圖6所示，過程中未發(fā)現板料減薄超差和明顯起皺現象，如圖7所示。根據CAE分析評判標準對其變薄率、起皺、最大失效進行綜合評判，減薄率在0～0.25mm的范圍內，起皺在0～0.03mm的范圍內，最大失效在0～0.8分范圍內，如圖8、圖9、圖10所示，最終確定該方案分析的結果可行。

圖6 尾燈座板成形過程圖

圖7 尾燈座板成形性檢查

圖8 尾燈座板減薄率檢查

圖9 尾燈座板起皺檢查

圖10 尾燈座板最大失效檢查

4 尾燈座板的工藝設計

該尾燈座板結構復雜，因各工序需完成的工序內容不同，工序之間需進行沖壓方向的旋轉。工藝設計時，主要從零件生產的可操作性、模具結構的可靠性、零件品質的穩(wěn)定性和一致性等方面進行了分析研究。最終確定了該零件需由6道工序完成，分別是OP10序拉伸、OP20序修邊+側沖孔、OP30序修邊+側沖孔+分離、OP40序翻邊+整形、OP50序側修邊、OP60序側修邊+側沖孔。

OP10序設計時，將尾燈座板A處造型在左右合拼工藝補充區(qū)域直接拉伸成形到位，零件其他區(qū)域的翻邊匹配面過R角后對直邊進行展開攤平，工藝補充面上做光順。為了方便后續(xù)修邊，在做工藝補充面時沿修邊線向外延伸5mm?？紤]材料流動的順暢性，左右兩側的工藝補充面設計三角形平臺斜面；為了提高材料利用率，左右件合拼區(qū)域盡量縮小，控制在10mm以內，如圖11所示。

圖11 OP10序工法圖

OP20序設計時，該序的沖壓方向與拉伸序保持一致，考慮到廢料滑落的順暢性并為后序分離做準備，該序主要是對零件周邊廢料進行修沖，同時對左右件合拼工藝補充區(qū)域進行正沖和側沖，為OP30序左右件分離做準備，如圖12所示。

OP30序主要將需要翻邊的修邊線修沖到位，由于后序翻邊整形工序需要旋轉沖壓方向，因此本序需將左右件完全分離。結合本工序內容，合理布置側修、側沖機構，確定側修、側沖的斜楔角度，將后大燈安裝孔在本序中沖出，如圖13所示。

圖13 OP30序工法圖

OP40序為了保證所有翻邊面能在一序中同時完成，OP40序的沖壓方向在OP30序的基礎上旋轉了20°；同時該序利用壓料芯蹲死對零件復雜型面進行整形，提高零件型面的符檢率，如圖14所示。

圖14 OP40序工法圖

OP50序和OP60序主要對將尾燈座板A處造型處進行修邊，由于該處造型的特殊性，所以必須通過兩道工序才能完成。此外零件的定位孔和所有的安裝孔也在OP60同時沖出，確保了孔的精度，如圖15、圖16所示。

圖15 OP50序工法圖

圖16 OP60序工法圖

綜上所述，尾燈座板因其自身復雜的結構，要求工藝設計人員在工藝設計時要充分的考慮模具結構的可實現性及可靠性，生產的可操作性、零件面品質量的穩(wěn)定性和一致性，進而確定各道工序需要實現的工序內容，針對每序設計時的注意事項進行了闡述。總的來說，該套工藝設計方案生產操作順暢，模具結構簡單，制件質量穩(wěn)定、一致性好，為其他車型類似的尾燈座板的工藝設計提供了一種方案。

5 尾燈座板的模具設計

尾燈座板的模具以常規(guī)模具結構設計為主，適用于手工線上生產。OP10序拉伸模設計時，采用手工線通用的模具結構，主要由上模、壓邊圈、下模組成，上模與壓邊圈采用中間導腿導向的結構，壓邊圈與下模采用內導向的方式，整體模具導向平穩(wěn)。壓邊圈上設計有板料滑料架，方便操作人員上下料，板料在壓邊圈上采用封閉式定位塊，板料定位可靠，如圖17所示。

圖17 OP10模具圖

OP20序設計時，上模與下模采用導腿加導柱導套的導向方式，對于上下模有側向力的模具，使用該結構模具整體導向平穩(wěn)。為了平衡側面斜楔側沖孔產生的側向力，上下模設計有防側向力導板。本序零件靠模具的型面定位，修邊廢料從模具兩邊滑出，滑出空間較大，廢料滑落順暢。為了方便操作人員取件，下模設計有氣動頂料機構，如圖18所示。

圖18 OP20模具圖

OP30序設計時，分離廢料從模具單側滑出，主要考慮二層廢料滑道滑出空間和滑板角度，滑出空間尺寸大于零件最大輪廓尺寸加30mm，滑料板角度大于25°，確保廢料滑落順暢。本序零件靠型面定位，為方便操作人員取件，下模設計有空手槽；由于斜楔側修時產生側向力，上下模左右兩邊設計有防側向力背托，如圖19所示。

圖19 OP30模具圖

OP40序設計時，該序模具主要完成制件上翻邊和型面整形，模具采用下活動壓芯的結構，翻邊整形鑲塊直接鑲嵌在上模板，下活動壓料芯的壓力源由氮氣彈簧提供；活動壓芯下設計有整形到底蹲死塊和上行程限位安全蓋板，如圖20所示。

OP50序設計時，由于零件修沖角度的需要，該序沖壓方向旋轉的一定的角度，導致壓料芯前后落差較大，為了確保壓料芯的工作平穩(wěn)，下模設有兩處壓料芯錐形平衡塊，如圖21所示。

OP60序設計時，該序模具需對尾燈座板A處造型處進行精修，且該處修沖屬于單邊剪切，精修凸模受側向力較大；設計時將修沖凸模刃口斷面做成Z形狀，非修邊面與凹模采用0間隙配合；設計Z形的凸模刃口斷面，能有效抵消精修凸模單邊剪切時所受的較大側向力。由于制件定位孔和安裝孔正沖的需要，該工序沖壓方向旋轉的一定的角度，導致壓料芯前后落差較大，為了確保壓料芯的工作平穩(wěn)，下模設有4處壓料芯錐形平衡塊，如圖22所示。

圖20 OP40模具圖

圖21 OP50模具圖

圖22 OP60模具圖

綜上所述，針對尾燈座板每道工序的模具結構設計時，需要注意的重點和特殊結構的設計方案進行了詳細闡述，因其自身復雜的結構，工序內容較多，需要不同工序的模具共同實現?？偟膩碚f，該制件的模具設計方案生產操作順暢，模具結構簡單，制件質量穩(wěn)定性、一致性好。

6 結束語

本文從尾燈座板的結構、沖壓CAE分析、工藝設計、模具結構設計等方面，介紹了一種用于安裝超長尾燈的尾燈座板的模具開發(fā)過程，著重闡述復雜尾燈座板的工藝和模具設計方案。從制件生產的可操作性、模具結構的可實現性、制件面品質量的穩(wěn)定性和一致性的角度考慮，合理設計、布置沖壓工藝和模具結構，進而確定各道工序需要實現的工序內容。總之，該制件的工藝和模具設計方案，對其他車型類似結構的尾燈座板，具有一定的參考借鑒價值。