汽车顶盖多配置模具共用性设计与应用

曾世耀，杨 欢，陈功宝，李东生

（上汽通用五菱汽车股份有限公司 技术中心，广西 柳州 545007）

0 引言

随着生活条件的不断改善，消费者生活品质逐步提高，汽车也开始走向千家万户，成为家庭不可或缺的交通工具，其需求最近十几年也是不断上升。市场对乘用车迭代更新提出了更高的要求，差异化、个性化定制逐步成为客户的选择依据，提供非天窗、小天窗、全景天窗3种不同顶盖配置是车企满足客户个性化需求的重要方式。目前非天窗和小天窗顶盖具备成熟的模具共用开发方案，而对于全景天窗顶盖一般需要独立开发模具，不仅增加了模具开发和零件制造成本，同时对不同配置零件的整体装配质量控制也提出了更高的要求[1]。实现全景天窗顶盖与其它配置顶盖的共线开发及生产，是目前顶盖模具开发的重点和难点，现以某车型的3种顶盖为例，通过对工艺及模具结构进行研究和优化，得出全景天窗顶盖与其它2 种配置的模具共用开发方案。

1 顶盖工艺排布

1.1 传统工艺设计

某车型3 种顶盖如图1 所示，包含非天窗顶盖、小天窗顶盖和全景天窗顶盖。

图1 不同配置的顶盖

传统的模具成形工艺布置如图2所示。

图2 传统成形工艺布置

（1）非天窗和小天窗顶盖拉深模采用共线开发，后工序切边冲孔、翻边、整形共用1副模具，通过小天窗部位的刀块切换机构，实现不同配置顶盖的成形互换，如图2（a）所示。

（2）全景天窗顶盖由于天窗部位的型面特征，需要开发落料模，同时天窗部位的大块废料需要切断后排出工作区域，再通过整形翻边实现成形[2,3]，如图2（b）所示。

1.2 传统模具开发的不足

3种配置顶盖通过2条模具生产线实现，模具数量多，导致开发成本高。由于不同模具生产线不可避免的会有型面制造公差，将给不同配置零件装车整体质量控制带来更大风险，同时生产过程中需要更多的换模次数，造成设备生产效率降低，不利于车间的仓储场地和行车等辅助资源的调配。

1.3 新工艺设计

由于传统多配置顶盖开发工艺的不足，现以降低制造成本、提高生产效率为目的，对单一车型多配置顶盖工艺设计进行优化，从工艺设计上实现其它2 种配置顶盖与全景天窗顶盖的模具共用开发，优化后的工艺设计如图3所示。

图3 新工艺设计

对全景天窗顶盖的工艺进行优化调整，具体内容及特点如下。

（1）取消全景天窗顶盖原有的落料工艺，使工序①拉深可以与非天窗/小天窗实现共用。

（2）由于全景天窗顶盖中间落料孔的取消，原有的工序②中间切边工艺也随之取消，使工序②、工序③可以与非天窗/小天窗实现共用。

（3）重新设计优化工序④工艺内容，使在同一工序中完成天窗位置的“切边+翻边+整形”，满足全景天窗顶盖开发的要求。

（4）天窗位置的废料作为整体，生产时与成品一起进行转运，最大程度地保留天窗的废料，通过废料回收利用提高材料利用率。

新工艺通过将全景天窗顶盖部分工艺与非天窗/小天窗进行合并，将原来2 条不同的模具生产线合并为一条模具生产线，使总的模具开发数量由原来的9副减少为5副，最终实现3种不同配置的顶盖共用生产。

2 模具结构设计

实现全景天窗顶盖配置与其它配置共用的关键是需要在同一工序中，一次性完成天窗区域的“切边+翻边+整形”内容，因此需要开发1副包含“切边+翻边+整形”全部内容的模具[4]，模具结构如图4所示。

图4 模具结构

模具成形天窗位置主要由外框压料芯2、上切边整形刀3、天窗压料芯4、下凸模6、天窗切断刀7、下整形刀8 组成，工作原理如下。

（1）下压工作过程。首先外框压料芯2 和天窗压料芯4 压住成形零件主体型面，然后上切边整形刀3 与天窗切断刀7 将成形零件天窗处废料切断。随着上模继续向下运动，上切边整形刀3 与下模活动式下整形刀8 共同作用将成形零件翻边整形到位，此时天窗位置的废料在天窗切断刀型面上。

（2）回程工作过程。随着上模向上运动，首先上切边整形刀3 脱离下整形刀向上运动，然后天窗压料芯4 与外框压料芯2 分别脱离成形零件向上运动。此时下整形刀8通过底部的气缸活塞杆向上运动一定距离将成形零件顶开，供后续机械手抓取成形零件。随着上模的不断上升，机械手通过端拾器上的吸盘将成品零件与天窗位置的废料一同取出。

为了实现废料自动收集功能，在零件全部工序完成后设置了一个过渡工序，并且在此工序上设计了专用的废料收集装置，如图5 所示。当零件生产时，机械手将成品零件与中间区域的天窗废料从模具中整体抓取到废料收集过渡架上[5]。由于过渡架中间与天窗废料正对的区域设置有废料收集框，此时天窗废料受重力作用掉落在过渡架上内置的废料收集框中，而成品零件通过机械手抓取到下一工序，由此实现废料与成品零件的分开收集。

图5 废料收集过渡架

3 优点分析

全景天窗与非天窗/小天窗的模具共用生产线开发的优点主要体现在如下方面。

（1）降低了模具开发成本和零件生产成本。通过模具共用开发，全景天窗顶盖成形由原来的5 副模具缩减为1副，不仅降低了模具的开发成本，同时由于工序数量的减少，还降低了后期的零件生产成本和模具维护成本。

（2）提高了工作效率。将成形工艺优化后，通过合理排产，只需要切换最后工序模具即可实现不同配置顶盖的生产要求，缩短了模具切换时间，提高了工作效率。

（3）提高成形零件尺寸质量的一致性[6]。由于前3 个工序使用同1 副模具生产不同配置的顶盖，成形零件尺寸轮廓的一致性得到了有效提高，减少焊接工装匹配差异，提高了整车质量。

（4）优化天窗废料，提高材料利用率。通过共用开发，全景天窗中间位置的废料不再需要切断成多个部分[7]，完整保留天窗位置的废料，可以使天窗废料有效应用在其它零件的生产上，提高材料利用率。

图6所示为全景天窗顶盖“切边+翻边+整形”模具及废料收集装置，通过实际应用证明优化工艺的可行性。

图6 实际应用场景

4 结束语

通过对全景天窗顶盖的工艺进行优化，将天窗位置的工艺内容集成在1 副模具中完成，实现了全景天窗顶盖与其它配置顶盖的共用生产，不仅降低了模具开发以及零件生产成本，还提高了生产效率，同时也为天窗区域的废料回收利用提供了便利。