汽車頂蓋多配置模具共用性設計與應用

曾世耀，楊 歡，陳功寶，李東生

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術中心，廣西 柳州 545007）

0 引言

隨著生活條件的不斷改善，消費者生活品質逐步提高，汽車也開始走向千家萬戶，成為家庭不可或缺的交通工具，其需求最近十幾年也是不斷上升。市場對乘用車迭代更新提出了更高的要求，差異化、個性化定制逐步成為客戶的選擇依據，提供非天窗、小天窗、全景天窗3種不同頂蓋配置是車企滿足客戶個性化需求的重要方式。目前非天窗和小天窗頂蓋具備成熟的模具共用開發方案，而對于全景天窗頂蓋一般需要獨立開發模具，不僅增加了模具開發和零件制造成本，同時對不同配置零件的整體裝配質量控制也提出了更高的要求[1]。實現全景天窗頂蓋與其它配置頂蓋的共線開發及生產，是目前頂蓋模具開發的重點和難點，現以某車型的3種頂蓋為例，通過對工藝及模具結構進行研究和優化，得出全景天窗頂蓋與其它2 種配置的模具共用開發方案。

1 頂蓋工藝排布

1.1 傳統工藝設計

某車型3 種頂蓋如圖1 所示，包含非天窗頂蓋、小天窗頂蓋和全景天窗頂蓋。

圖1 不同配置的頂蓋

傳統的模具成形工藝布置如圖2所示。

圖2 傳統成形工藝布置

（1）非天窗和小天窗頂蓋拉深模采用共線開發，后工序切邊沖孔、翻邊、整形共用1副模具，通過小天窗部位的刀塊切換機構，實現不同配置頂蓋的成形互換，如圖2（a）所示。

（2）全景天窗頂蓋由于天窗部位的型面特征，需要開發落料模，同時天窗部位的大塊廢料需要切斷后排出工作區域，再通過整形翻邊實現成形[2,3]，如圖2（b）所示。

1.2 傳統模具開發的不足

3種配置頂蓋通過2條模具生產線實現，模具數量多，導致開發成本高。由于不同模具生產線不可避免的會有型面制造公差，將給不同配置零件裝車整體質量控制帶來更大風險，同時生產過程中需要更多的換模次數，造成設備生產效率降低，不利于車間的倉儲場地和行車等輔助資源的調配。

1.3 新工藝設計

由于傳統多配置頂蓋開發工藝的不足，現以降低制造成本、提高生產效率為目的，對單一車型多配置頂蓋工藝設計進行優化，從工藝設計上實現其它2 種配置頂蓋與全景天窗頂蓋的模具共用開發，優化后的工藝設計如圖3所示。

圖3 新工藝設計

對全景天窗頂蓋的工藝進行優化調整，具體內容及特點如下。

（1）取消全景天窗頂蓋原有的落料工藝，使工序①拉深可以與非天窗/小天窗實現共用。

（2）由于全景天窗頂蓋中間落料孔的取消，原有的工序②中間切邊工藝也隨之取消，使工序②、工序③可以與非天窗/小天窗實現共用。

（3）重新設計優化工序④工藝內容，使在同一工序中完成天窗位置的“切邊+翻邊+整形”，滿足全景天窗頂蓋開發的要求。

（4）天窗位置的廢料作為整體，生產時與成品一起進行轉運，最大程度地保留天窗的廢料，通過廢料回收利用提高材料利用率。

新工藝通過將全景天窗頂蓋部分工藝與非天窗/小天窗進行合并，將原來2 條不同的模具生產線合并為一條模具生產線，使總的模具開發數量由原來的9副減少為5副，最終實現3種不同配置的頂蓋共用生產。

2 模具結構設計

實現全景天窗頂蓋配置與其它配置共用的關鍵是需要在同一工序中，一次性完成天窗區域的“切邊+翻邊+整形”內容，因此需要開發1副包含“切邊+翻邊+整形”全部內容的模具[4]，模具結構如圖4所示。

圖4 模具結構

模具成形天窗位置主要由外框壓料芯2、上切邊整形刀3、天窗壓料芯4、下凸模6、天窗切斷刀7、下整形刀8 組成，工作原理如下。

（1）下壓工作過程。首先外框壓料芯2 和天窗壓料芯4 壓住成形零件主體型面，然后上切邊整形刀3 與天窗切斷刀7 將成形零件天窗處廢料切斷。隨著上模繼續向下運動，上切邊整形刀3 與下模活動式下整形刀8 共同作用將成形零件翻邊整形到位，此時天窗位置的廢料在天窗切斷刀型面上。

（2）回程工作過程。隨著上模向上運動，首先上切邊整形刀3 脫離下整形刀向上運動，然后天窗壓料芯4 與外框壓料芯2 分別脫離成形零件向上運動。此時下整形刀8通過底部的氣缸活塞桿向上運動一定距離將成形零件頂開，供后續機械手抓取成形零件。隨著上模的不斷上升，機械手通過端拾器上的吸盤將成品零件與天窗位置的廢料一同取出。

為了實現廢料自動收集功能，在零件全部工序完成后設置了一個過渡工序，并且在此工序上設計了專用的廢料收集裝置，如圖5 所示。當零件生產時，機械手將成品零件與中間區域的天窗廢料從模具中整體抓取到廢料收集過渡架上[5]。由于過渡架中間與天窗廢料正對的區域設置有廢料收集框，此時天窗廢料受重力作用掉落在過渡架上內置的廢料收集框中，而成品零件通過機械手抓取到下一工序，由此實現廢料與成品零件的分開收集。

圖5 廢料收集過渡架

3 優點分析

全景天窗與非天窗/小天窗的模具共用生產線開發的優點主要體現在如下方面。

（1）降低了模具開發成本和零件生產成本。通過模具共用開發，全景天窗頂蓋成形由原來的5 副模具縮減為1副，不僅降低了模具的開發成本，同時由于工序數量的減少，還降低了后期的零件生產成本和模具維護成本。

（2）提高了工作效率。將成形工藝優化后，通過合理排產，只需要切換最后工序模具即可實現不同配置頂蓋的生產要求，縮短了模具切換時間，提高了工作效率。

（3）提高成形零件尺寸質量的一致性[6]。由于前3 個工序使用同1 副模具生產不同配置的頂蓋，成形零件尺寸輪廓的一致性得到了有效提高，減少焊接工裝匹配差異，提高了整車質量。

（4）優化天窗廢料，提高材料利用率。通過共用開發，全景天窗中間位置的廢料不再需要切斷成多個部分[7]，完整保留天窗位置的廢料，可以使天窗廢料有效應用在其它零件的生產上，提高材料利用率。

圖6所示為全景天窗頂蓋“切邊+翻邊+整形”模具及廢料收集裝置，通過實際應用證明優化工藝的可行性。

圖6 實際應用場景

4 結束語

通過對全景天窗頂蓋的工藝進行優化，將天窗位置的工藝內容集成在1 副模具中完成，實現了全景天窗頂蓋與其它配置頂蓋的共用生產，不僅降低了模具開發以及零件生產成本，還提高了生產效率，同時也為天窗區域的廢料回收利用提供了便利。