汽車行李箱蓋外板制造工藝對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

童秀芹

摘 要：汽車行李箱蓋覆蓋其造型外觀直接影響整車的美觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝。本文介紹了采用行李箱蓋外板零件整體一片式?jīng)_壓工藝，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件行李箱蓋外板零件的結(jié)構(gòu)功能和制造沖壓工藝，降低項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：行李箱蓋外板；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；沖壓

1 引言

汽車覆蓋件作為汽車車身的主要零件，其質(zhì)量對(duì)整車的性能及外形美觀至關(guān)重要，質(zhì)量要求高，汽車覆蓋件結(jié)構(gòu)較大，形狀不規(guī)則且復(fù)雜，在沖壓成型中非常容易出現(xiàn)開(kāi)裂、起皺現(xiàn)象[1]。本文介紹一種采用低成本模式，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件行李箱蓋外板零件整體式一片沖壓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 影響行李箱蓋外板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因分析

汽車行李箱蓋外板的主要功能：一、實(shí)現(xiàn)尾部造型要求的關(guān)鍵A面零件；二、為行李箱蓋附件零件提供安裝。基于以上功能，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要從如何實(shí)現(xiàn)造型和安裝結(jié)構(gòu)兩方面來(lái)考慮。

表1 常見(jiàn)的行李箱蓋造型

造型影響

尾門(mén)和行李箱蓋后部牌照板區(qū)域通常是沖壓工藝最難成型的區(qū)域，該區(qū)域通常出現(xiàn)沖壓開(kāi)裂問(wèn)題。行李箱蓋的造型像個(gè)數(shù)字 “7”，而尾門(mén)的造型像個(gè)數(shù)字“1”，行李箱蓋外板的沖壓工藝相對(duì)尾門(mén)外板要復(fù)雜得多。造型中影響最大的元素包括：

（1）牌照是否布置在行李箱蓋上；

（2）牌照燈是否布置在行李箱蓋上；

（3）牌照上方把手高度；

（4）行李箱蓋上是否布置尾燈B燈。

常見(jiàn)的行李箱蓋造型，見(jiàn)表1。GP53項(xiàng)目行李箱蓋造型如造型 4。行李箱左右兩側(cè)增加尾燈B燈、尾門(mén)拉手飾條、后部牌照、牌照燈和攝像頭安裝結(jié)構(gòu)，因此GP53項(xiàng)目行李箱蓋外板沖壓工藝比GP50項(xiàng)目的復(fù)雜，實(shí)施困難。

3 點(diǎn)焊或激光焊接。

類似GP53項(xiàng)目的行李箱蓋外板通常采用將行李箱蓋分片。采用該方案，外板安裝結(jié)構(gòu)受沖壓工藝影響的因素小，安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝結(jié)構(gòu)尺寸的沖壓圓角和拔模角設(shè)計(jì)值尺寸較小。該制造工藝對(duì)行李箱蓋造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求相對(duì)低。另外一種方案，GP53項(xiàng)目行李箱蓋外板采用GP50項(xiàng)目的工藝，即行李箱蓋外板一片式整體沖壓。采用該沖壓方案，行李箱蓋造型和結(jié)構(gòu)受沖壓工藝影響大，結(jié)構(gòu)尺寸大。

3.1 成本和質(zhì)量影響

根據(jù)GP53項(xiàng)目輸入，車身板金只有行李箱蓋為全新造型，只有行李箱蓋內(nèi)外板造型發(fā)生改變，模具需要重投。行李箱蓋外板采用整體一片式?jīng)_壓成型和分片式，沖壓成本分析，見(jiàn)表2。

行李箱蓋外板采用分體式，根據(jù)產(chǎn)品輸入，上、下外板需要在焊裝車間拼接，可采用激光焊接和點(diǎn)焊兩種方式拼接。制造工程師分析方案，見(jiàn)表3。

制造工程師ME對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析：①采用上下兩片，需要新增加設(shè)備、場(chǎng)地和操作工；②采用上下兩片工藝，該方案技術(shù)尚未成熟，實(shí)施存在風(fēng)險(xiǎn)；③采用上下兩片，采用機(jī)器人激光釬焊，不包括人員和場(chǎng)地，僅設(shè)備投入成本約 1566萬(wàn)元 RMB；采用上下兩片，采用點(diǎn)焊，不包括人員和場(chǎng)地，僅設(shè)備投入成本約596萬(wàn)元RMB；采用一片式整體沖壓，成本約429萬(wàn)。

表3 焊接工裝成本分析

3.2 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)策略影響

最后項(xiàng)目開(kāi)發(fā)策略采用低成本模式：行李箱蓋一片式整體沖壓，沖壓工藝采用 4序完成。

行李箱蓋外板開(kāi)發(fā)策略采用一片式整體沖壓給整個(gè)行李箱蓋開(kāi)發(fā)的工作帶來(lái)了很大的困難，項(xiàng)目進(jìn)展緩慢，不同的制造工藝方式帶來(lái)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。存在問(wèn)題：①行李箱蓋外板尾燈B燈安裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)沖壓分析出現(xiàn)開(kāi)裂。②行李箱蓋外板后部牌照上部區(qū)域設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)沖壓分析出現(xiàn)開(kāi)裂。③后部拉手飾條安裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)沖壓分析出現(xiàn)開(kāi)裂。④安裝結(jié)構(gòu)無(wú)法確定，行李箱蓋造型無(wú)法鎖定。

4 解決措施及方案分析

4.1 方案 1

尾燈外板加強(qiáng)板采用材料為 BLD，板厚為0.8mm的鋼板。尾燈外板加強(qiáng)板中部挖孔避讓尾燈燈體，孔外圈提供尾燈B燈密封面，尾燈B燈的3個(gè)安裝點(diǎn)及2個(gè)定位孔分別布置在尾燈外板加強(qiáng)板安裝結(jié)構(gòu)特征面。尾燈外板加強(qiáng)板周圈設(shè)計(jì)翻邊結(jié)構(gòu)，翻邊結(jié)構(gòu)與行李箱蓋外板翻邊通過(guò)點(diǎn)焊和涂密封膠工藝連接，牌照上部區(qū)域型面與Z軸沖壓拔模角度為 45°，見(jiàn)圖1。

距離+4mm，一側(cè)低于行李箱蓋外板A面X向距離-32mm，兩側(cè)密封面相差約36mm，板金結(jié)構(gòu)部分區(qū)域超出造型A面，部分區(qū)域低于造型A面，板金無(wú)法做密封面和焊接邊結(jié)構(gòu)，無(wú)法密封和焊接。另一方面，燈工程師反饋B燈密封面結(jié)構(gòu)已經(jīng)做到極限尺寸25mm，尾燈密封面不能往車頭-X方向移動(dòng)，從正面看B燈密封面一側(cè)高出行李箱蓋外板A面X向距離約 +13mm，板金結(jié)構(gòu)部分區(qū)域超出造型A面；板金外漏，板金無(wú)法做密封和焊接結(jié)構(gòu)，無(wú)法密封和焊接。第三方面，尾燈B燈安裝點(diǎn)距離 A面X向距離約154mm；B燈密封面安裝結(jié)構(gòu)與燈體最小距離僅為4mm；B燈在行李箱上的密封面安裝寬度尺寸不小于7mm。根據(jù)上述燈輸入要求，如果將燈安裝點(diǎn)布置在B燈加強(qiáng)板上，行李箱上的B燈密封面與燈體干涉。第四方面，B燈加強(qiáng)板深度約130mm，沖壓存在風(fēng)險(xiǎn)，為了滿足沖壓條件，加強(qiáng)板拔模角和圓角需要加大，加強(qiáng)板拔模角結(jié)構(gòu)與燈體干涉。綜上所述， B燈加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)無(wú)法同時(shí)滿足提供 B燈密封面和安裝點(diǎn) 2個(gè)功能要求。沖壓分析行李箱蓋外板數(shù)據(jù)反饋：從目前數(shù)據(jù)看，牌照處模角度小，同一個(gè)沖壓角度下都是負(fù)角，并且出現(xiàn)開(kāi)裂，見(jiàn)圖4。

4.2 方案 2

在方案1基礎(chǔ)上，將牌照上部區(qū)域型面與 Z軸沖壓拔模角度更改為35°。

方案分析：外板結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓分析，沖壓反饋：拉手安裝點(diǎn)處面開(kāi)裂，兩端開(kāi)裂嚴(yán)重，見(jiàn)圖 3。沖壓建議兩端安裝面拔模角度放大10°，上部R角R10以上，臺(tái)階處大圓弧過(guò)渡。下部R角再盡量放大。

壓反饋：尾燈B燈密封面結(jié)構(gòu)深度最深位置為 35mm，深度過(guò)深，該結(jié)構(gòu)沖壓開(kāi)裂，沖壓建議降低沖壓深度。對(duì)沖壓要求進(jìn)行分析：一方面，燈工程師反饋B燈密封面結(jié)構(gòu)已經(jīng)做到極限尺寸25mm，尾燈密封面不能往車頭-X方向移動(dòng)。另一方面，尾燈造型A面與行李箱拉手飾條A 面在X方向要求平行，尾燈造型A面不能往車頭-X方向移動(dòng)。基于上述兩個(gè)原因分析，行李箱蓋外板提供尾燈密封面的結(jié)構(gòu)深度不能降低，深度尺寸無(wú)法滿足沖壓要求。因此，行李箱蓋外板提供B燈密封面，密封面下沉至A面的結(jié)構(gòu)方案無(wú)法實(shí)施。

4.3 方案 4

行李箱蓋外板中部挖孔避讓尾燈燈體，孔外圈提供尾燈B燈密封面，密封面外凸至A面，尾燈B燈的3個(gè)安裝點(diǎn)及2個(gè)定位孔分別布置在尾門(mén)內(nèi)板安裝結(jié)構(gòu)特征面見(jiàn)圖。牌照上部區(qū)域型面與Z軸沖壓拔模角度為27°44″，見(jiàn)圖4。

方案分析：外板結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓分析，沖壓反饋：： ①尾燈區(qū)域凸臺(tái)紅色面區(qū)域 1和黃色面區(qū)域2開(kāi)裂；②拉手安裝點(diǎn)處面開(kāi)裂，見(jiàn)圖5。沖壓建議：①安裝點(diǎn)區(qū)域盡量光順，下部圓角都更改為R20以上。②尾燈處臺(tái)階深度盡量降低，紅色面區(qū)域1開(kāi)裂處面變斜15°以上，紅色圓角放大到R15以上，尖角處倒大球角。③黃色面區(qū)域增加拔模角度5度。對(duì)沖壓要求進(jìn)行分析，一方面，拉手下部圓角更改為R20以上，板金圓角和后牌照干涉。另一方面，紅色區(qū)域 1拔模角和圓角放大，外板 B燈安裝結(jié)構(gòu)尺寸加大，B燈造型A面尺寸小，B 燈蓋不住板金，板金外露。第三方面，紅色區(qū)域1安裝結(jié)構(gòu)按滿足沖壓要求更改，安裝結(jié)構(gòu)與行李箱蓋外板牌照區(qū)域的A面造型和行李箱蓋拉手飾條造型干涉。為滿足沖壓要求，行李箱蓋、尾燈B燈和行李箱蓋拉手飾條需要更改造型和造型尺寸大小。

4.4 方案 5

在方案基礎(chǔ)4上，將牌照上部區(qū)域型面與 Z軸沖壓拔模角度更改為 30°，上部紅色圓角為R10，下部藍(lán)色圓角為R20。

方案分析：外板結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓分析，沖壓反饋：該結(jié)構(gòu)無(wú)開(kāi)裂。對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，行李箱拉手飾條寬度為40mm，寬度尺寸小，拉手飾條無(wú)法遮蓋板金，存在漏水問(wèn)題。

4.5 方案 6

在方案基礎(chǔ)4上將牌照上部區(qū)域型面與軸沖壓拔模角度與 Z軸角度為35°，上部紅色圓角為R10；下部藍(lán)色圓角為R20。

方案分析：外板結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓分析，沖壓反饋：該結(jié)構(gòu)拉手安裝面開(kāi)裂。

綜合上述分析方案，1、行李箱蓋外板中部挖孔避讓尾燈燈體，孔外圈提供尾燈B燈密封面，密封面外凸至A面，尾燈B燈的3個(gè)安裝點(diǎn)及2個(gè)定位孔分別布置在尾門(mén)內(nèi)板安裝結(jié)構(gòu)特征面。 2、牌照上部區(qū)域型面與 Z軸沖壓拔模角度為30°。3、更改行李箱蓋尾燈 B燈安裝結(jié)構(gòu)和牌照區(qū)域造型，滿足功能布置和沖壓要求。 4、將行李箱蓋外板 Logo安裝面的尺寸寬度由原來(lái)的 114.5011mm加寬到 123.1624mm，滿足后部商標(biāo)LOGO布置。5、更改尾燈B燈造型，加大B燈造型尺寸，遮蓋行李箱蓋外板提供的安裝結(jié)構(gòu)。6、更改拉手飾條造型，將拉手飾條造型寬度尺寸由40mm加寬至45mm。

5 結(jié)論

采用該技術(shù)方案的行李箱蓋外板的連接結(jié)構(gòu)避免了采用高成本的激光或點(diǎn)焊工藝，利用整體式一片沖壓工藝實(shí)現(xiàn)行李箱蓋外板的結(jié)構(gòu)功能和制造工藝，降低了設(shè)備投資成本，提高了零件的整體質(zhì)量。零件已于2015年9月支持項(xiàng)目造車。該結(jié)構(gòu)的行李箱蓋外板零件已在2015年9月開(kāi)始提供支持造車；行李箱外板零件完成行李箱蓋30000次開(kāi)閉耐久試驗(yàn)和26000次壞路整車試驗(yàn)均未出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

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