全景天窗頂蓋側(cè)整形模設(shè)計(jì)

蔣 磊，李十全，王 龍，王大鵬，張 明，袁 璐

（東風(fēng)本田汽車有限公司，湖北 武漢 430056）

0 引 言

近年來隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，消費(fèi)者對個(gè)性化配置的需求逐漸增多，汽車全景天窗也受到越來越多的消費(fèi)者青睞。帶全景天窗的頂蓋，由于天窗開口尺寸大，周邊與玻璃面相接，尺寸精度及外觀質(zhì)量要求較高，導(dǎo)致其沖模的設(shè)計(jì)與制造成為難題[1-5]。

目前用于成形全景天窗頂蓋的沖模多為4道工序，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)一般為天窗口部側(cè)整形，即第4道工序。為了降低全景天窗頂蓋天窗口部側(cè)整形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，許多學(xué)者對全景天窗頂蓋模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，王建衡等[6]采用同軸變徑設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了全景天窗頂蓋天窗口部的垂直翻邊；劉龍芬[7]通過整合修邊、翻邊工序，使全景天窗頂蓋天窗口部修邊與翻邊同工序完成；劉莉等[8]利用二次切斷工藝，完成了天窗口部修邊廢料的單工序處理，使后工序的垂直翻邊一次成形成為可能。由于未能對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)一步集成，上述研究全部聚焦于4道工序全景天窗頂蓋側(cè)翻邊模結(jié)構(gòu)研究，而對于3道工序的全景天窗頂蓋的側(cè)翻邊模結(jié)構(gòu)研究較少。現(xiàn)介紹一種可實(shí)現(xiàn)全景天窗頂蓋成形的3道工序集成的方案，即在第3道工序運(yùn)用2種雙動斜楔機(jī)構(gòu)，完成天窗口部沿周負(fù)角法蘭同步成形。

1 沖壓工藝分析

頂蓋是汽車上最大的覆蓋件之一，其成形質(zhì)量的好壞直接決定整車外觀的優(yōu)劣[9,10]。圖1所示為某車型全景天窗頂蓋的幾何模型，a～b為前擋風(fēng)玻璃搭接部，記為A；b～c為右側(cè)流水槽搭接部，記為B；c～d為尾門配合部，記為C；d～a為左側(cè)流水槽搭接部，記為D；e～e為全景天窗配合部，記為E。A、B、D、E四處沖壓方向均存在負(fù)角，需要使用斜楔機(jī)構(gòu)進(jìn)行側(cè)翻邊或側(cè)整形；C處存在向上翻邊結(jié)構(gòu)，也需要使用斜楔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)成形。

圖1 某車型全景天窗頂蓋幾何模型

綜合分析，全景天窗頂蓋3道工序成形方案為：①拉深；②沿周修邊，A處側(cè)整形，B、D處側(cè)修邊、側(cè)整形復(fù)合，C處整形，E處修邊、翻邊復(fù)合；③A處側(cè)修邊，B、D處沖孔，C處向上翻邊、側(cè)沖孔復(fù)合，E處側(cè)整形，工序排布如圖2所示。

圖2 某車型全景天窗頂蓋工序排布

為了提高成形效率，降低制造成本，全景天窗頂蓋需要與無天窗頂蓋共用模具，通過在上模設(shè)計(jì)氣動切換機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)全景天窗頂蓋與無天窗頂蓋沖壓的實(shí)時(shí)切換。由于3道工序成形的全景天窗頂蓋需要在最后一道工序即側(cè)整形工序完成全景天窗口部沿周負(fù)角法蘭的同步成形，側(cè)整形模的設(shè)計(jì)是全景天窗頂蓋模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

2 全景天窗側(cè)整形模設(shè)計(jì)

如圖1所示，全景天窗口部沿周均存在負(fù)角，前、后、左、右翻邊法蘭的整形都需要使用斜楔機(jī)構(gòu)。翻邊法蘭成形后，側(cè)整形凹模必須后退一段距離，成形零件才能取出。由于成形零件前、后側(cè)整形凸、凹模均需要滑動，采用雙動斜楔機(jī)構(gòu)。天窗口部負(fù)角翻邊法蘭的成形應(yīng)用了凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)和凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)，以下分別進(jìn)行介紹。

2.1 凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)

天窗口部左、右兩側(cè)采用凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)，如圖3所示。凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)各部件裝配關(guān)系為：側(cè)整形凸模驅(qū)動塊1與上模座為一體式結(jié)構(gòu)，側(cè)整形凹模驅(qū)動塊2通過螺釘與圓柱銷固定于上模座上，導(dǎo)板3與斜楔驅(qū)動板4通過螺釘固定于側(cè)整形凹模驅(qū)動塊2上。斜楔驅(qū)動板5與導(dǎo)板10通過螺釘固定于側(cè)整形凹模滑塊6上，側(cè)整形凹模滑塊6通過導(dǎo)板10與下模座8形成滑動配合關(guān)系，其運(yùn)動方向與水平面呈10°。斜楔限位塊9通過螺釘固定于下模座8上，用于限制側(cè)整形凹模滑塊6的回退行程，防止滑塊脫落。導(dǎo)板13、14通過螺釘固定于側(cè)整形凸模滑塊7上，側(cè)整形凸模滑塊7通過導(dǎo)板13與下模座8形成滑動配合關(guān)系，其運(yùn)動方向與水平面平行。回程氮?dú)鈴椈?1通過固定板及螺釘與側(cè)整形凹模滑塊6連接成一體，回程螺旋彈簧12通過導(dǎo)向桿及限位環(huán)與側(cè)整形凸模滑塊7連接成一體。斜楔上壓板15、16通過螺釘連接固定于下模座8上，分別用于約束側(cè)整形凹模滑塊6、側(cè)整形凸模滑塊7的運(yùn)動方向，防止滑塊向上竄動。斜楔側(cè)導(dǎo)板17通過螺釘固定于側(cè)整形凹模滑塊6上，斜楔側(cè)導(dǎo)板18通過螺釘固定于側(cè)整形凸模滑塊7上。斜楔側(cè)導(dǎo)板17、18頂面分別與斜楔上壓板15、16形成滑動配合關(guān)系，側(cè)面均與下模座8形成滑動配合關(guān)系，保證側(cè)整形凹模滑塊6和側(cè)整形凸模滑塊7在斜楔工作方向穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)

凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)工作原理如下。

（1）成形過程。上模下行，固定于側(cè)整形凹模驅(qū)動塊2上的導(dǎo)板3、斜楔驅(qū)動板4分別與下模座8導(dǎo)向面、固定于側(cè)整形凹模滑塊6上的斜楔驅(qū)動板5嚙合，驅(qū)動側(cè)整形凹模滑塊6向外擴(kuò)張，回程氮?dú)鈴椈?1隨之壓縮，直到側(cè)整形凹模滑塊6運(yùn)動至工作狀態(tài)。上模繼續(xù)下行，側(cè)整形凸模驅(qū)動塊1導(dǎo)向面與固定于側(cè)整形凸模滑塊7上的導(dǎo)板14嚙合，并驅(qū)動側(cè)整形凸模滑塊7沿斜楔工作方向向前運(yùn)動，在此過程中回程螺旋彈簧12隨之壓縮。上模進(jìn)一步下行，側(cè)整形凸模滑塊7成形面與待成形零件接觸，并開始成形負(fù)角翻邊法蘭，直至上模運(yùn)行至下止點(diǎn)，零件側(cè)整形完成。

（2）回退過程。上模上行，側(cè)整形凸模驅(qū)動塊1導(dǎo)向面與固定于側(cè)整形凸模滑塊7上的導(dǎo)板14脫離，側(cè)整形凸模滑塊7在回程螺旋彈簧12的驅(qū)動下開始回程，直到運(yùn)動至初始狀態(tài)。上模繼續(xù)上行，固定于側(cè)整形凹模驅(qū)動塊2上的導(dǎo)板3、斜楔驅(qū)動板4分別與下模座8導(dǎo)向面、固定于側(cè)整形凹模滑塊6上的斜楔驅(qū)動板5脫離，側(cè)整形凹模滑塊6在回程氮?dú)鈴椈?1的驅(qū)動下開始回程，同時(shí)成形零件逐漸與側(cè)整形凹模滑塊6分離，直至側(cè)整形凹模滑塊6回退至初始狀態(tài)，并與斜楔限位塊9接觸。此時(shí)零件負(fù)角翻邊法蘭與側(cè)整形凹模滑塊6成形面完全分離，即可將成形零件從模具內(nèi)取出。

2.2 凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)

天窗口部前、后兩側(cè)采用凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)成形，由于該部位側(cè)整形凹模滑塊尺寸較大，單向驅(qū)動存在力源不足、動作慢等問題，此處采用上、下雙驅(qū)動塊結(jié)構(gòu)，以保證側(cè)整形凹模滑塊獲得足夠的滑動力源，上驅(qū)動塊為剛性驅(qū)動，下驅(qū)動塊為氣缸驅(qū)動，如圖4所示。

圖4 凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)

凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)各部件裝配關(guān)系為：側(cè)整形凸模驅(qū)動塊1與上模座為一體式結(jié)構(gòu)，側(cè)整形凹模上驅(qū)動塊6通過螺釘與圓柱銷固定于上模座上。斜楔驅(qū)動板5和導(dǎo)板17通過螺釘固定于側(cè)整形凹模上驅(qū)動塊6上。斜楔驅(qū)動板8、10和導(dǎo)板17通過螺釘固定于側(cè)整形凹模滑塊3上，側(cè)整形凹模滑塊3通過導(dǎo)板17與下模座4形成滑動配合關(guān)系，其運(yùn)動方向與水平面平行。導(dǎo)板18、19通過螺釘固定于側(cè)整形凸模滑塊2上，側(cè)整形凸模滑塊2通過導(dǎo)板19與下模座4形成滑動配合關(guān)系，其運(yùn)動方向與水平面平行。氣缸11通過螺釘固定于下模座4上，并通過螺母21及開口銷22與側(cè)整形凹模下驅(qū)動塊9連接成一體，回程螺旋彈簧20通過導(dǎo)向桿及限位環(huán)分別與側(cè)整形凸模滑塊2連接成一體。回程氮?dú)鈴椈?3通過固定板及螺釘與側(cè)整形凹模滑塊3連接成一體。斜楔上壓板13、15通過螺釘固定于下模座4上，分別用于約束側(cè)整形凹模滑塊3、側(cè)整形凸模滑塊2的運(yùn)動方向，防止滑塊向上竄動。斜楔側(cè)導(dǎo)板12通過螺釘固定于側(cè)整形凹模滑塊3上，斜楔側(cè)導(dǎo)板14通過螺釘固定于側(cè)整形凸模滑塊2上。斜楔側(cè)導(dǎo)板12、14頂面分別與斜楔上壓板13、15形成滑動配合關(guān)系，側(cè)面均與下模座4形成滑動配合關(guān)系，保證側(cè)整形凹模滑塊3和側(cè)整形凸模滑塊2在斜楔工作方向穩(wěn)定運(yùn)行。

凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)工作原理如下。

（1）成形過程。上模下行，固定于側(cè)整形凹模上驅(qū)動塊6上的導(dǎo)板7、斜楔驅(qū)動板5分別與下模座4導(dǎo)向面、固定于側(cè)整形凹模滑塊3上的斜楔驅(qū)動板8嚙合。同時(shí)，氣缸11活塞桿驅(qū)動側(cè)整形凹模下驅(qū)動塊9向上運(yùn)動，固定于側(cè)整形凹模下驅(qū)動塊9上的斜楔驅(qū)動板16與固定于側(cè)整形凹模滑塊3上的斜楔驅(qū)動板10嚙合。在側(cè)整形凹模上、下雙驅(qū)動塊的作用下，側(cè)整形凹模滑塊3向內(nèi)收縮，回程氮?dú)鈴椈?3隨之壓縮，直到側(cè)整形凹模滑塊3運(yùn)動至工作狀態(tài)。上模繼續(xù)下行，側(cè)整形凸模驅(qū)動塊1導(dǎo)向面與固定于側(cè)整形凸模滑塊2上的導(dǎo)板18嚙合，并驅(qū)動側(cè)整形凸模滑塊2沿斜楔工作方向向前運(yùn)動，在此過程中回程螺旋彈簧20隨之壓縮。上模繼續(xù)下行，側(cè)整形凸模滑塊2成形面與待成形零件接觸，并開始成形負(fù)角翻邊法蘭，直至上模運(yùn)行至下止點(diǎn)，零件側(cè)整形完成。

（2）回退過程。上模上行，側(cè)整形凸模驅(qū)動塊1導(dǎo)向面與固定于側(cè)整形凸模滑塊2上的導(dǎo)板18脫離，側(cè)整形凸模滑塊2在回程螺旋彈簧20的驅(qū)動下開始回程，直到運(yùn)動至初始狀態(tài)。上模繼續(xù)上行，固定于側(cè)整形凹模驅(qū)動塊6上的導(dǎo)板7、斜楔驅(qū)動板5分別與下模座4導(dǎo)向面、固定于側(cè)整形凹模滑塊3上的斜楔驅(qū)動板10脫離，與此同時(shí)，側(cè)整形凹模下驅(qū)動塊9在氣缸11活塞桿的帶動下退回至初始狀態(tài)，固定于側(cè)整形凹模下驅(qū)動塊9上的斜楔驅(qū)動板16與固定于側(cè)整形凹模滑塊3上的斜楔驅(qū)動板10脫離，側(cè)整形凹模滑塊3在回程氮?dú)鈴椈?3的驅(qū)動下開始回程，使成形零件逐漸與側(cè)整形凹模滑塊3分離，直至側(cè)整形凹模滑塊3回退至初始狀態(tài)，并與下模座限位面接觸。此時(shí)，零件負(fù)角翻邊法蘭與側(cè)整形凹模滑塊3成形面完全分離，即可將成形零件從模具內(nèi)取出。

3 方案驗(yàn)證

運(yùn)用凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)和凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)，全景天窗頂蓋實(shí)現(xiàn)了3道工序成形。由于減少1副沖模，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)械加工周期縮短，3道工序成形全景天窗頂蓋可節(jié)約模具開發(fā)制造成本近50萬元。經(jīng)過大批量實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，凹模擴(kuò)張斜楔機(jī)構(gòu)和凹模收縮斜楔機(jī)構(gòu)聯(lián)合運(yùn)用的模具結(jié)構(gòu)方案滿足全景天窗頂蓋規(guī)模化生產(chǎn)需求，模具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，量產(chǎn)節(jié)拍、尺寸精度及外觀品質(zhì)均達(dá)到相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)。圖5所示為某SUV車型3道工序全景天窗頂蓋側(cè)整形模下模和最終成形零件實(shí)物。

圖5 側(cè)整形模下模與零件實(shí)物

4 結(jié)束語

通過運(yùn)用2種雙動斜楔機(jī)構(gòu)，全景天窗口部沿周負(fù)角法蘭的同步成形成為可能，并解決了全景天窗頂蓋側(cè)整形模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大等難題。通過運(yùn)用該技術(shù)，模具結(jié)構(gòu)更加緊湊，單工序模可以完成更多的沖壓工藝內(nèi)容，減少了模具投資、縮短了制造周期、降低了后續(xù)量產(chǎn)加工的成本。