全景天窗頂蓋側整形模設計

蔣 磊，李十全，王 龍，王大鵬，張 明，袁 璐

（東風本田汽車有限公司，湖北 武漢 430056）

0 引 言

近年來隨著汽車工業的迅速發展，消費者對個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，尺寸精度及外觀質量要求較高，導致其沖模的設計與制造成為難題[1-5]。

目前用于成形全景天窗頂蓋的沖模多為4道工序，模具結構設計難點一般為天窗口部側整形，即第4道工序。為了降低全景天窗頂蓋天窗口部側整形模結構設計的難度，許多學者對全景天窗頂蓋模具結構進行了研究，王建衡等[6]采用同軸變徑設計方案，實現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。由于未能對模具結構進一步集成，上述研究全部聚焦于4道工序全景天窗頂蓋側翻邊模結構研究，而對于3道工序的全景天窗頂蓋的側翻邊模結構研究較少。現介紹一種可實現全景天窗頂蓋成形的3道工序集成的方案，即在第3道工序運用2種雙動斜楔機構，完成天窗口部沿周負角法蘭同步成形。

1 沖壓工藝分析

頂蓋是汽車上最大的覆蓋件之一，其成形質量的好壞直接決定整車外觀的優劣[9,10]。圖1所示為某車型全景天窗頂蓋的幾何模型，a～b為前擋風玻璃搭接部，記為A；b～c為右側流水槽搭接部，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角，需要使用斜楔機構進行側翻邊或側整形；C處存在向上翻邊結構，也需要使用斜楔結構實現成形。

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處側整形，B、D處側修邊、側整形復合，C處整形，E處修邊、翻邊復合；③A處側修邊，B、D處沖孔，C處向上翻邊、側沖孔復合，E處側整形，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，通過在上模設計氣動切換機構，可以實現全景天窗頂蓋與無天窗頂蓋沖壓的實時切換。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整形工序完成全景天窗口部沿周負角法蘭的同步成形，側整形模的設計是全景天窗頂蓋模具結構設計的難點。

2 全景天窗側整形模設計

如圖1所示，全景天窗口部沿周均存在負角，前、后、左、右翻邊法蘭的整形都需要使用斜楔機構。翻邊法蘭成形后，側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、后側整形凸、凹模均需要滑動，采用雙動斜楔機構。天窗口部負角翻邊法蘭的成形應用了凹模擴張斜楔機構和凹模收縮斜楔機構，以下分別進行介紹。

2.1 凹模擴張斜楔機構

天窗口部左、右兩側采用凹模擴張斜楔機構，如圖3所示。凹模擴張斜楔機構各部件裝配關系為：側整形凸模驅動塊1與上模座為一體式結構，側整形凹模驅動塊2通過螺釘與圓柱銷固定于上模座上，導板3與斜楔驅動板4通過螺釘固定于側整形凹模驅動塊2上。斜楔驅動板5與導板10通過螺釘固定于側整形凹模滑塊6上，側整形凹模滑塊6通過導板10與下模座8形成滑動配合關系，其運動方向與水平面呈10°。斜楔限位塊9通過螺釘固定于下模座8上，用于限制側整形凹模滑塊6的回退行程，防止滑塊脫落。導板13、14通過螺釘固定于側整形凸模滑塊7上，側整形凸模滑塊7通過導板13與下模座8形成滑動配合關系，其運動方向與水平面平行。回程氮氣彈簧11通過固定板及螺釘與側整形凹模滑塊6連接成一體，回程螺旋彈簧12通過導向桿及限位環與側整形凸模滑塊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，分別用于約束側整形凹模滑塊6、側整形凸模滑塊7的運動方向，防止滑塊向上竄動。斜楔側導板17通過螺釘固定于側整形凹模滑塊6上，斜楔側導板18通過螺釘固定于側整形凸模滑塊7上。斜楔側導板17、18頂面分別與斜楔上壓板15、16形成滑動配合關系，側面均與下模座8形成滑動配合關系，保證側整形凹模滑塊6和側整形凸模滑塊7在斜楔工作方向穩定運行。

圖3 凹模擴張斜楔機構

凹模擴張斜楔機構工作原理如下。

（1）成形過程。上模下行，固定于側整形凹模驅動塊2上的導板3、斜楔驅動板4分別與下模座8導向面、固定于側整形凹模滑塊6上的斜楔驅動板5嚙合，驅動側整形凹模滑塊6向外擴張，回程氮氣彈簧11隨之壓縮，直到側整形凹模滑塊6運動至工作狀態。上模繼續下行，側整形凸模驅動塊1導向面與固定于側整形凸模滑塊7上的導板14嚙合，并驅動側整形凸模滑塊7沿斜楔工作方向向前運動，在此過程中回程螺旋彈簧12隨之壓縮。上模進一步下行，側整形凸模滑塊7成形面與待成形零件接觸，并開始成形負角翻邊法蘭，直至上模運行至下止點，零件側整形完成。

（2）回退過程。上模上行，側整形凸模驅動塊1導向面與固定于側整形凸模滑塊7上的導板14脫離，側整形凸模滑塊7在回程螺旋彈簧12的驅動下開始回程，直到運動至初始狀態。上模繼續上行，固定于側整形凹模驅動塊2上的導板3、斜楔驅動板4分別與下模座8導向面、固定于側整形凹模滑塊6上的斜楔驅動板5脫離，側整形凹模滑塊6在回程氮氣彈簧11的驅動下開始回程，同時成形零件逐漸與側整形凹模滑塊6分離，直至側整形凹模滑塊6回退至初始狀態，并與斜楔限位塊9接觸。此時零件負角翻邊法蘭與側整形凹模滑塊6成形面完全分離，即可將成形零件從模具內取出。

2.2 凹模收縮斜楔機構

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

圖4 凹模收縮斜楔機構

凹模收縮斜楔機構各部件裝配關系為：側整形凸模驅動塊1與上模座為一體式結構，側整形凹模上驅動塊6通過螺釘與圓柱銷固定于上模座上。斜楔驅動板5和導板17通過螺釘固定于側整形凹模上驅動塊6上。斜楔驅動板8、10和導板17通過螺釘固定于側整形凹模滑塊3上，側整形凹模滑塊3通過導板17與下模座4形成滑動配合關系，其運動方向與水平面平行。導板18、19通過螺釘固定于側整形凸模滑塊2上，側整形凸模滑塊2通過導板19與下模座4形成滑動配合關系，其運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與側整形凹模下驅動塊9連接成一體，回程螺旋彈簧20通過導向桿及限位環分別與側整形凸模滑塊2連接成一體。回程氮氣彈簧23通過固定板及螺釘與側整形凹模滑塊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，分別用于約束側整形凹模滑塊3、側整形凸模滑塊2的運動方向，防止滑塊向上竄動。斜楔側導板12通過螺釘固定于側整形凹模滑塊3上，斜楔側導板14通過螺釘固定于側整形凸模滑塊2上。斜楔側導板12、14頂面分別與斜楔上壓板13、15形成滑動配合關系，側面均與下模座4形成滑動配合關系，保證側整形凹模滑塊3和側整形凸模滑塊2在斜楔工作方向穩定運行。

凹模收縮斜楔機構工作原理如下。

（1）成形過程。上模下行，固定于側整形凹模上驅動塊6上的導板7、斜楔驅動板5分別與下模座4導向面、固定于側整形凹模滑塊3上的斜楔驅動板8嚙合。同時，氣缸11活塞桿驅動側整形凹模下驅動塊9向上運動，固定于側整形凹模下驅動塊9上的斜楔驅動板16與固定于側整形凹模滑塊3上的斜楔驅動板10嚙合。在側整形凹模上、下雙驅動塊的作用下，側整形凹模滑塊3向內收縮，回程氮氣彈簧23隨之壓縮，直到側整形凹模滑塊3運動至工作狀態。上模繼續下行，側整形凸模驅動塊1導向面與固定于側整形凸模滑塊2上的導板18嚙合，并驅動側整形凸模滑塊2沿斜楔工作方向向前運動，在此過程中回程螺旋彈簧20隨之壓縮。上模繼續下行，側整形凸模滑塊2成形面與待成形零件接觸，并開始成形負角翻邊法蘭，直至上模運行至下止點，零件側整形完成。

（2）回退過程。上模上行，側整形凸模驅動塊1導向面與固定于側整形凸模滑塊2上的導板18脫離，側整形凸模滑塊2在回程螺旋彈簧20的驅動下開始回程，直到運動至初始狀態。上模繼續上行，固定于側整形凹模驅動塊6上的導板7、斜楔驅動板5分別與下模座4導向面、固定于側整形凹模滑塊3上的斜楔驅動板10脫離，與此同時，側整形凹模下驅動塊9在氣缸11活塞桿的帶動下退回至初始狀態，固定于側整形凹模下驅動塊9上的斜楔驅動板16與固定于側整形凹模滑塊3上的斜楔驅動板10脫離，側整形凹模滑塊3在回程氮氣彈簧23的驅動下開始回程，使成形零件逐漸與側整形凹模滑塊3分離，直至側整形凹模滑塊3回退至初始狀態，并與下模座限位面接觸。此時，零件負角翻邊法蘭與側整形凹模滑塊3成形面完全分離，即可將成形零件從模具內取出。

3 方案驗證

運用凹模擴張斜楔機構和凹模收縮斜楔機構，全景天窗頂蓋實現了3道工序成形。由于減少1副沖模，模具結構設計與機械加工周期縮短，3道工序成形全景天窗頂蓋可節約模具開發制造成本近50萬元。經過大批量實際生產驗證，凹模擴張斜楔機構和凹模收縮斜楔機構聯合運用的模具結構方案滿足全景天窗頂蓋規模化生產需求，模具結構穩定可靠，量產節拍、尺寸精度及外觀品質均達到相應的評價指標。圖5所示為某SUV車型3道工序全景天窗頂蓋側整形模下模和最終成形零件實物。

圖5 側整形模下模與零件實物

4 結束語

通過運用2種雙動斜楔機構，全景天窗口部沿周負角法蘭的同步成形成為可能，并解決了全景天窗頂蓋側整形模結構復雜、尺寸大等難題。通過運用該技術，模具結構更加緊湊，單工序模可以完成更多的沖壓工藝內容，減少了模具投資、縮短了制造周期、降低了后續量產加工的成本。