一種汽車后背門雙重預彎包邊模具結構設計

文/黃祥坤，付再興·奇瑞汽車股份有限公司

一種汽車后背門雙重預彎包邊模具結構設計

文/黃祥坤，付再興·奇瑞汽車股份有限公司

黃祥坤，工程師，主要從事汽車覆蓋件沖壓工藝分析、沖壓工藝設計、沖壓工藝和模具結構審核等。2014年負責 “M16車型外覆蓋件表面質量提升”項目獲蕪湖市專利競賽三等獎，獲得2項實用新型專利，7項發明專利。

本文以某車型汽車后背門包邊為例，通過包邊工藝分析及采用傳統模具方式包邊缺陷成因分析，介紹了一種帶有雙重預彎機構的包邊工藝方案，及一種帶有雙重預彎機構的包邊模具結構，重點描述了大包邊角度工藝分析及雙重預彎包邊模具結構設計。

汽車門蓋總成需要進行包邊，將內板及焊接件與外板結合成一體的總成板件，傳統模具方式包邊采用先自由預彎，再包邊兩次成形過程。傳統模具包邊從包邊角度θ（小于等于105°）預彎至包邊前角度（一般為40°～45°）的過程為自由預彎，當包邊角度大于105°時，如采用傳統模具方式包邊，在自由預彎成形階段，即從大包邊角度θ（105°～150°）自由預彎至包邊前角度（一般為40°～45°）時，預彎刀塊與外板翻邊面接觸產生繞翻邊面根部的預彎力矩M，該力矩導致包邊關聯部位外觀面產生翹曲變形、凹陷，外觀棱線不順暢等缺陷，嚴重影響車身外觀質量。特別是發動機蓋總成和后背門總成包邊工序，時常存在包邊角度105°～150°的情況，使用大包邊角度雙重預彎包邊模具結構，能夠在壓力機一次合模運動中完成一次壓料預彎，二次自由預彎及包邊三次成形過程，保證大包邊角度包邊制件外觀棱線順暢、包邊關聯部位外觀面不翹曲變形。

一種汽車后背門的包邊工藝分析

根據生產綱領對生產方式選擇確認

該車型規劃生產綱領為15萬輛/年，使用壽命為50萬次。根據生產車間的產能安排，該車型規劃每年295天兩班生產。車間有機器人滾壓包邊和模具包邊兩種生產方式，下面對兩種生產方式能否滿足生產綱領要求進行分析：

⑴機器人滾壓包邊方式。

圖1為機器人滾壓包邊方式，車間可安排兩臺機器人同時對該車型后背門滾壓包邊。機器人滾壓包邊方式需15個工步。考慮部分工步可以同時進行，經過核算，兩臺機器人滾壓方式完成該車型后背門總成包邊，一個總成需耗時180s，按兩班295天生產規劃，年生產能力約為9.44萬，不滿足生產綱領15萬輛/年的要求，因此，機器人滾壓包邊不滿足該車型生產要求。

圖1 機器人滾壓包邊

⑵自動化模具方式包邊。

圖2為自動化模具包邊方式，按車間生產條件，送料和取件均為自動化傳輸，內板與外板扣合及涂膠由機器人完成，整個包邊過程為自動化生產。自動化模具包邊方式耗時分析，模具包邊方式需6個工步。考慮部分工步可以同時進行，經過核算，模具方式完成該后背門總成包邊，一個總成需耗時100s，按兩班295天生產規劃，年生產能力約為16.99萬，可以滿足生產綱領15萬輛/年的要求。

圖2 自動化模具包邊

⑶包邊生產方式選擇確認。

根據該車型的生產綱領要求，結合車間現有生產條件，模具方式包邊能有效實現總成周圈同步包邊，包邊質量穩定，該后背門總成包邊方式確定采用自動化模具包邊方式，制件的送料和取件均為自動化傳輸，內板與外板扣合及涂膠由機器人完成。

后背門包邊角度分析

包邊前的準備階段，在總成實施包邊前，要將內板及其他焊接件扣入外板翻邊工序件內，涂抹密封膠和防振膠。該后背門總成內板扣入外板翻邊工序件內及涂抹膠的工作由機器人完成，板件傳輸均為自動化傳送帶，這就要求內板扣入外板翻邊工序件時，內板的外輪廓邊界與外板的翻邊邊界不能干涉，即內板要在無干涉的情況下沿沖壓方向垂直放入外板翻邊工序件內，圖3所示為某車型后背門內板扣入外板翻邊工序件內的過程示意圖。按上述條件分析某車型后背門外板包邊角度，所謂的包邊角度是指包邊前外板翻邊面與關聯外觀面之間的夾角，即圖4中的θ角。根據現場調試及生產經驗，在傳統模具包邊技術領域只能完成包邊角度小于105°的包邊，如果包邊角度大于105°，采用傳統模具結構包邊，預彎刀塊與外板翻邊面接觸產生繞翻邊面根部的預彎力矩M，該力矩導致包邊關聯部位外觀面產生翹曲變形、凹陷，外觀棱線不順暢等缺陷，嚴重影響車身外觀質量。圖4中“a-b”區域和“c-d”區域的包邊角度都遠大于105°，采用傳統的模具包邊無法滿足車身質量要求，需采用新的模具結構來改善傳統模具在大包邊角度領域存在的缺陷。

圖3 某車型后背門內板及焊接件扣入外板翻邊工序件內

圖4 某車型后背門外板包邊角度

后背門大包邊角度模具包邊方式難點及可行性分析

⑴傳統模具包邊方式。

圖5為傳統模具包邊過程示意圖。成形過程分兩次成形，首先是將扣合好的內外板放置并定位在下模，預彎刀塊接觸外板翻邊面自由預彎成形，然后完成包邊成形過程。不論包邊角度多少，包邊成形過程都是一樣的，即將包邊前角度（一般為40°～45°）成形至包邊完成（包邊面與內板貼合），存在差異的是預彎成形過程，所以預彎成形過程是包邊質量好壞的關鍵，下面我們對預彎成形過程及板件出現缺陷的原理進一步詳細分析。

圖5 傳統模具包邊過程

圖6為傳統模具預彎成形缺陷成因分析示意圖。在預彎成形時，首先是預彎刀塊接觸板料翻邊末端，預彎成形力會迫使外板沿內板邊緣點產生一預彎力矩M，結合現場生產經驗，當包邊角度小于105°時，材料的剛性一般能克服預彎力矩，當包邊角度大于105°時，預彎力矩就大于材料剛性導致失穩，在包邊關聯部位外觀面產生翹曲變形、凹陷，外觀棱線不順暢等缺陷，嚴重影響車身外觀質量。因此，要改善大包邊角度包邊質量缺陷，關鍵是改善預彎成形過程。

圖6 傳統模具預彎成形缺陷成因分析

⑵雙重預彎包邊工藝方式。

從上述分析可知，大包邊角度采用傳統模具包邊出現的質量問題，主要在大包邊角度（105°～150°）預彎至90°的成形過程，如果能改善這一成形過程的質量問題，我們就可以解決大包邊角度模具方式包邊的技術難題。如果大包邊角度（105°～150°）預彎至90°的成形過程能實現壓料預彎成形，在預彎成形過程中控制包邊關聯部位的外觀面因預彎力矩失穩，成形過程類似翻邊，大包邊角度模具方式包邊的質量問題就可以解決了。在此，我們提出了雙重預彎包邊工藝方式，即大包邊角度包邊時，在傳統包邊模具結構中增加從大包邊角度（105°～150°）預彎至90°的成形過程實施壓料預彎成形，成形過程如圖7所示。

雙重預彎包邊模具結構設計

圖7所示的預彎成形模具的工作過程，圖8為雙重預彎包邊模具結構，分析模具包邊的工作過程。

圖7 雙重預彎成型過程

圖8 雙重預彎包邊模具結構

第一階段是側壓料芯11進入開始壓料，壓料的部位為包邊關聯部位的內板和外板。

第二階段是一次預彎刀塊5進入完成壓料預彎成形，此階段是從大包邊角度（105°～150°）預彎至90°，側壓料芯一方面起壓料作用，同時在板料一次預彎成形時起成形凸模作用。

第三階段，側壓料芯和一次預彎刀塊回退并維持回退狀態，避免二次預彎刀塊4進入時與一次預彎刀塊和側壓料芯干涉，二次預彎刀塊進入完成自由預彎成形，此階段是從90°預彎至包邊前的角度（一般為40°～45°）。

第四階段，側壓料芯和一次預彎刀塊維持回退狀態，二次預彎刀塊回退，包邊刀塊13進入完成包邊成形，包邊面與內板完全貼合。

要實現上述模具的運動過程，我們在大包邊角度區域設計了兩組預彎機構，一次預彎機構7和二次預彎機構6，一次預彎機構和二次預彎機構在平面上錯開布置，關鍵是一次預彎刀塊和二次預彎刀塊的結構布置，在平面方向上只能重疊布置，要想一次預彎刀塊和二次預彎刀塊都有自己的運動空間，只能在高度空間避開，我們設計模具結構時將二次預彎刀塊懸架于一次預彎刀塊之上，一次預彎刀塊與二次預彎刀塊形成雙層結構，從而預彎結構和預彎刀塊在平面和空間方向能夠錯開布置并獨立運動。預彎機構及預彎刀塊都安裝在下模座8上，壓料板15上安裝側壓斜楔12，實現一次預彎成型前側壓斜楔帶動側壓料芯壓料，一次預彎成形結束后，側壓斜楔和一次預彎機構回退，避讓二次預彎刀塊，二次預彎刀塊預彎成型結束并回退，包邊刀塊進入完成包邊成形。預彎機構和側壓斜楔的工作及回退先后時間關系，通過安裝在上模座上的一次驅動塊、二次驅動塊、側壓料芯驅動塊的高度來調整實現。包邊結束后，放置定位在下模上的后背門外板9與后背門內板10結合成后背門總成，模具打開取走總成板件進入下一個工作循環。

結束語

后背門總成是所有總成包邊中最困難的，特別是大包邊角度采用模具方式包邊，在國內目前還沒有先例可以參考，我們根據傳統模具方式包邊在大包邊角度領域預彎成形缺陷成因分析，找到傳統模具方式包邊在大包邊角度領域預彎成形缺陷成因，在傳統包邊模具的基礎上進行改進，設計了雙重預彎包邊模具結構，經工藝分析及模具結構設計，現場制造和生產線生產驗證，該包邊工藝和模具結構都達到了前期的預定質量要求，而且通過創新雙重預彎包邊模具結構，大大減少了包邊工裝的開發成本，開創了國內大包邊角度包邊技術的先河。該包邊技術已申報國家專利，專利申請號為：CN201410482082.8。