汽車頂蓋多配置模具共用性設(shè)計(jì)與應(yīng)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(shù)中心，廣西 柳州 545007）

0 引言

隨著生活條件的不斷改善，消費(fèi)者生活品質(zhì)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(chǎng)對(duì)乘用車迭代更新提出了更高的要求，差異化、個(gè)性化定制逐步成為客戶的選擇依據(jù)，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(gè)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(fā)方案，而對(duì)于全景天窗頂蓋一般需要獨(dú)立開發(fā)模具，不僅增加了模具開發(fā)和零件制造成本，同時(shí)對(duì)不同配置零件的整體裝配質(zhì)量控制也提出了更高的要求[1]。實(shí)現(xiàn)全景天窗頂蓋與其它配置頂蓋的共線開發(fā)及生產(chǎn)，是目前頂蓋模具開發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，現(xiàn)以某車型的3種頂蓋為例，通過對(duì)工藝及模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和優(yōu)化，得出全景天窗頂蓋與其它2 種配置的模具共用開發(fā)方案。

1 頂蓋工藝排布

1.1 傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

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(tǒng)的模具成形工藝布置如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)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(fā)，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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)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(fā)落料模，同時(shí)天窗部位的大塊廢料需要切斷后排出工作區(qū)域，再通過整形翻邊實(shí)現(xiàn)成形[2,3]，如圖2（b）所示。

1.2 傳統(tǒng)模具開發(fā)的不足

3種配置頂蓋通過2條模具生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)，模具數(shù)量多，導(dǎo)致開發(fā)成本高。由于不同模具生產(chǎn)線不可避免的會(huì)有型面制造公差，將給不同配置零件裝車整體質(zhì)量控制帶來更大風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)生產(chǎn)過程中需要更多的換模次數(shù)，造成設(shè)備生產(chǎn)效率降低，不利于車間的倉儲(chǔ)場(chǎng)地和行車等輔助資源的調(diào)配。

1.3 新工藝設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)多配置頂蓋開發(fā)工藝的不足，現(xiàn)以降低制造成本、提高生產(chǎn)效率為目的，對(duì)單一車型多配置頂蓋工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從工藝設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)其它2 種配置頂蓋與全景天窗頂蓋的模具共用開發(fā)，優(yōu)化后的工藝設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 新工藝設(shè)計(jì)

對(duì)全景天窗頂蓋的工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，具體內(nèi)容及特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)共用。

（3）重新設(shè)計(jì)優(yōu)化工序④工藝內(nèi)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(fā)的要求。

（4）天窗位置的廢料作為整體，生產(chǎn)時(shí)與成品一起進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，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(jìn)行合并，將原來2 條不同的模具生產(chǎn)線合并為一條模具生產(chǎn)線，使總的模具開發(fā)數(shù)量由原來的9副減少為5副，最終實(shí)現(xiàn)3種不同配置的頂蓋共用生產(chǎn)。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)全景天窗頂蓋配置與其它配置共用的關(guān)鍵是需要在同一工序中，一次性完成天窗區(qū)域的“切邊+翻邊+整形”內(nèi)容，因此需要開發(fā)1副包含“切邊+翻邊+整形”全部內(nèi)容的模具[4]，模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

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(xù)向下運(yùn)動(dòng)，上切邊整形刀3 與下模活動(dòng)式下整形刀8 共同作用將成形零件翻邊整形到位，此時(shí)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(yùn)動(dòng)，首先上切邊整形刀3 脫離下整形刀向上運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)。此時(shí)下整形刀8通過底部的氣缸活塞桿向上運(yùn)動(dòng)一定距離將成形零件頂開，供后續(xù)機(jī)械手抓取成形零件。隨著上模的不斷上升，機(jī)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(shí)現(xiàn)廢料自動(dòng)收集功能，在零件全部工序完成后設(shè)置了一個(gè)過渡工序，并且在此工序上設(shè)計(jì)了專用的廢料收集裝置，如圖5 所示。當(dāng)零件生產(chǎn)時(shí)，機(jī)械手將成品零件與中間區(qū)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(duì)的區(qū)域設(shè)置有廢料收集框，此時(shí)天窗廢料受重力作用掉落在過渡架上內(nèi)置的廢料收集框中，而成品零件通過機(jī)械手抓取到下一工序，由此實(shí)現(xiàn)廢料與成品零件的分開收集。

圖5 廢料收集過渡架

3 優(yōu)點(diǎn)分析

全景天窗與非天窗/小天窗的模具共用生產(chǎn)線開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下方面。

（1）降低了模具開發(fā)成本和零件生產(chǎn)成本。通過模具共用開發(fā)，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(fā)成本，同時(shí)由于工序數(shù)量的減少，還降低了后期的零件生產(chǎn)成本和模具維護(hù)成本。

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

（3）提高成形零件尺寸質(zhì)量的一致性[6]。由于前3 個(gè)工序使用同1 副模具生產(chǎn)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(zhì)量。

（4）優(yōu)化天窗廢料，提高材料利用率。通過共用開發(fā)，全景天窗中間位置的廢料不再需要切斷成多個(gè)部分[7]，完整保留天窗位置的廢料，可以使天窗廢料有效應(yīng)用在其它零件的生產(chǎn)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(shí)際應(yīng)用證明優(yōu)化工藝的可行性。

圖6 實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景

4 結(jié)束語

通過對(duì)全景天窗頂蓋的工藝進(jìn)行優(yōu)化，將天窗位置的工藝內(nèi)容集成在1 副模具中完成，實(shí)現(xiàn)了全景天窗頂蓋與其它配置頂蓋的共用生產(chǎn)，不僅降低了模具開發(fā)以及零件生產(chǎn)成本，還提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也為天窗區(qū)域的廢料回收利用提供了便利。