文/黃祥坤，付再興·奇瑞汽車股份有限公司

一種汽車后背門雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文/黃祥坤，付再興·奇瑞汽車股份有限公司

黃祥坤，工程師，主要從事汽車覆蓋件沖壓工藝分析、沖壓工藝設(shè)計(jì)、沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)審核等。2014年負(fù)責(zé) “M16車型外覆蓋件表面質(zhì)量提升”項(xiàng)目獲蕪湖市專利競(jìng)賽三等獎(jiǎng)，獲得2項(xiàng)實(shí)用新型專利，7項(xiàng)發(fā)明專利。

本文以某車型汽車后背門包邊為例，通過包邊工藝分析及采用傳統(tǒng)模具方式包邊缺陷成因分析，介紹了一種帶有雙重預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)的包邊工藝方案，及一種帶有雙重預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)的包邊模具結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)描述了大包邊角度工藝分析及雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

汽車門蓋總成需要進(jìn)行包邊，將內(nèi)板及焊接件與外板結(jié)合成一體的總成板件，傳統(tǒng)模具方式包邊采用先自由預(yù)彎，再包邊兩次成形過程。傳統(tǒng)模具包邊從包邊角度θ（小于等于105°）預(yù)彎至包邊前角度（一般為40°～45°）的過程為自由預(yù)彎，當(dāng)包邊角度大于105°時(shí)，如采用傳統(tǒng)模具方式包邊，在自由預(yù)彎成形階段，即從大包邊角度θ（105°～150°）自由預(yù)彎至包邊前角度（一般為40°～45°）時(shí)，預(yù)彎刀塊與外板翻邊面接觸產(chǎn)生繞翻邊面根部的預(yù)彎力矩M，該力矩導(dǎo)致包邊關(guān)聯(lián)部位外觀面產(chǎn)生翹曲變形、凹陷，外觀棱線不順暢等缺陷，嚴(yán)重影響車身外觀質(zhì)量。特別是發(fā)動(dòng)機(jī)蓋總成和后背門總成包邊工序，時(shí)常存在包邊角度105°～150°的情況，使用大包邊角度雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)，能夠在壓力機(jī)一次合模運(yùn)動(dòng)中完成一次壓料預(yù)彎，二次自由預(yù)彎及包邊三次成形過程，保證大包邊角度包邊制件外觀棱線順暢、包邊關(guān)聯(lián)部位外觀面不翹曲變形。

一種汽車后背門的包邊工藝分析

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)生產(chǎn)方式選擇確認(rèn)

該車型規(guī)劃生產(chǎn)綱領(lǐng)為15萬(wàn)輛/年，使用壽命為50萬(wàn)次。根據(jù)生產(chǎn)車間的產(chǎn)能安排，該車型規(guī)劃每年295天兩班生產(chǎn)。車間有機(jī)器人滾壓包邊和模具包邊兩種生產(chǎn)方式，下面對(duì)兩種生產(chǎn)方式能否滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)要求進(jìn)行分析：

⑴機(jī)器人滾壓包邊方式。

圖1為機(jī)器人滾壓包邊方式，車間可安排兩臺(tái)機(jī)器人同時(shí)對(duì)該車型后背門滾壓包邊。機(jī)器人滾壓包邊方式需15個(gè)工步?？紤]部分工步可以同時(shí)進(jìn)行，經(jīng)過核算，兩臺(tái)機(jī)器人滾壓方式完成該車型后背門總成包邊，一個(gè)總成需耗時(shí)180s，按兩班295天生產(chǎn)規(guī)劃，年生產(chǎn)能力約為9.44萬(wàn)，不滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)15萬(wàn)輛/年的要求，因此，機(jī)器人滾壓包邊不滿足該車型生產(chǎn)要求。

圖1 機(jī)器人滾壓包邊

⑵自動(dòng)化模具方式包邊。

圖2為自動(dòng)化模具包邊方式，按車間生產(chǎn)條件，送料和取件均為自動(dòng)化傳輸，內(nèi)板與外板扣合及涂膠由機(jī)器人完成，整個(gè)包邊過程為自動(dòng)化生產(chǎn)。自動(dòng)化模具包邊方式耗時(shí)分析，模具包邊方式需6個(gè)工步?？紤]部分工步可以同時(shí)進(jìn)行，經(jīng)過核算，模具方式完成該后背門總成包邊，一個(gè)總成需耗時(shí)100s，按兩班295天生產(chǎn)規(guī)劃，年生產(chǎn)能力約為16.99萬(wàn)，可以滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)15萬(wàn)輛/年的要求。

圖2 自動(dòng)化模具包邊

⑶包邊生產(chǎn)方式選擇確認(rèn)。

根據(jù)該車型的生產(chǎn)綱領(lǐng)要求，結(jié)合車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件，模具方式包邊能有效實(shí)現(xiàn)總成周圈同步包邊，包邊質(zhì)量穩(wěn)定，該后背門總成包邊方式確定采用自動(dòng)化模具包邊方式，制件的送料和取件均為自動(dòng)化傳輸，內(nèi)板與外板扣合及涂膠由機(jī)器人完成。

后背門包邊角度分析

包邊前的準(zhǔn)備階段，在總成實(shí)施包邊前，要將內(nèi)板及其他焊接件扣入外板翻邊工序件內(nèi)，涂抹密封膠和防振膠。該后背門總成內(nèi)板扣入外板翻邊工序件內(nèi)及涂抹膠的工作由機(jī)器人完成，板件傳輸均為自動(dòng)化傳送帶，這就要求內(nèi)板扣入外板翻邊工序件時(shí)，內(nèi)板的外輪廓邊界與外板的翻邊邊界不能干涉，即內(nèi)板要在無(wú)干涉的情況下沿沖壓方向垂直放入外板翻邊工序件內(nèi)，圖3所示為某車型后背門內(nèi)板扣入外板翻邊工序件內(nèi)的過程示意圖。按上述條件分析某車型后背門外板包邊角度，所謂的包邊角度是指包邊前外板翻邊面與關(guān)聯(lián)外觀面之間的夾角，即圖4中的θ角。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在傳統(tǒng)模具包邊技術(shù)領(lǐng)域只能完成包邊角度小于105°的包邊，如果包邊角度大于105°，采用傳統(tǒng)模具結(jié)構(gòu)包邊，預(yù)彎刀塊與外板翻邊面接觸產(chǎn)生繞翻邊面根部的預(yù)彎力矩M，該力矩導(dǎo)致包邊關(guān)聯(lián)部位外觀面產(chǎn)生翹曲變形、凹陷，外觀棱線不順暢等缺陷，嚴(yán)重影響車身外觀質(zhì)量。圖4中“a-b”區(qū)域和“c-d”區(qū)域的包邊角度都遠(yuǎn)大于105°，采用傳統(tǒng)的模具包邊無(wú)法滿足車身質(zhì)量要求，需采用新的模具結(jié)構(gòu)來改善傳統(tǒng)模具在大包邊角度領(lǐng)域存在的缺陷。

圖3 某車型后背門內(nèi)板及焊接件扣入外板翻邊工序件內(nèi)

圖4 某車型后背門外板包邊角度

后背門大包邊角度模具包邊方式難點(diǎn)及可行性分析

⑴傳統(tǒng)模具包邊方式。

圖5為傳統(tǒng)模具包邊過程示意圖。成形過程分兩次成形，首先是將扣合好的內(nèi)外板放置并定位在下模，預(yù)彎刀塊接觸外板翻邊面自由預(yù)彎成形，然后完成包邊成形過程。不論包邊角度多少，包邊成形過程都是一樣的，即將包邊前角度（一般為40°～45°）成形至包邊完成（包邊面與內(nèi)板貼合），存在差異的是預(yù)彎成形過程，所以預(yù)彎成形過程是包邊質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，下面我們對(duì)預(yù)彎成形過程及板件出現(xiàn)缺陷的原理進(jìn)一步詳細(xì)分析。

圖5 傳統(tǒng)模具包邊過程

圖6為傳統(tǒng)模具預(yù)彎成形缺陷成因分析示意圖。在預(yù)彎成形時(shí)，首先是預(yù)彎刀塊接觸板料翻邊末端，預(yù)彎成形力會(huì)迫使外板沿內(nèi)板邊緣點(diǎn)產(chǎn)生一預(yù)彎力矩M，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)包邊角度小于105°時(shí)，材料的剛性一般能克服預(yù)彎力矩，當(dāng)包邊角度大于105°時(shí)，預(yù)彎力矩就大于材料剛性導(dǎo)致失穩(wěn)，在包邊關(guān)聯(lián)部位外觀面產(chǎn)生翹曲變形、凹陷，外觀棱線不順暢等缺陷，嚴(yán)重影響車身外觀質(zhì)量。因此，要改善大包邊角度包邊質(zhì)量缺陷，關(guān)鍵是改善預(yù)彎成形過程。

圖6 傳統(tǒng)模具預(yù)彎成形缺陷成因分析

⑵雙重預(yù)彎包邊工藝方式。

從上述分析可知，大包邊角度采用傳統(tǒng)模具包邊出現(xiàn)的質(zhì)量問題，主要在大包邊角度（105°～150°）預(yù)彎至90°的成形過程，如果能改善這一成形過程的質(zhì)量問題，我們就可以解決大包邊角度模具方式包邊的技術(shù)難題。如果大包邊角度（105°～150°）預(yù)彎至90°的成形過程能實(shí)現(xiàn)壓料預(yù)彎成形，在預(yù)彎成形過程中控制包邊關(guān)聯(lián)部位的外觀面因預(yù)彎力矩失穩(wěn)，成形過程類似翻邊，大包邊角度模具方式包邊的質(zhì)量問題就可以解決了。在此，我們提出了雙重預(yù)彎包邊工藝方式，即大包邊角度包邊時(shí)，在傳統(tǒng)包邊模具結(jié)構(gòu)中增加從大包邊角度（105°～150°）預(yù)彎至90°的成形過程實(shí)施壓料預(yù)彎成形，成形過程如圖7所示。

雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖7所示的預(yù)彎成形模具的工作過程，圖8為雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)，分析模具包邊的工作過程。

圖7 雙重預(yù)彎成型過程

圖8 雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)

第一階段是側(cè)壓料芯11進(jìn)入開始?jí)毫希瑝毫系牟课粸榘呹P(guān)聯(lián)部位的內(nèi)板和外板。

第二階段是一次預(yù)彎刀塊5進(jìn)入完成壓料預(yù)彎成形，此階段是從大包邊角度（105°～150°）預(yù)彎至90°，側(cè)壓料芯一方面起壓料作用，同時(shí)在板料一次預(yù)彎成形時(shí)起成形凸模作用。

第三階段，側(cè)壓料芯和一次預(yù)彎刀塊回退并維持回退狀態(tài)，避免二次預(yù)彎刀塊4進(jìn)入時(shí)與一次預(yù)彎刀塊和側(cè)壓料芯干涉，二次預(yù)彎刀塊進(jìn)入完成自由預(yù)彎成形，此階段是從90°預(yù)彎至包邊前的角度（一般為40°～45°）。

第四階段，側(cè)壓料芯和一次預(yù)彎刀塊維持回退狀態(tài)，二次預(yù)彎刀塊回退，包邊刀塊13進(jìn)入完成包邊成形，包邊面與內(nèi)板完全貼合。

要實(shí)現(xiàn)上述模具的運(yùn)動(dòng)過程，我們?cè)诖蟀吔嵌葏^(qū)域設(shè)計(jì)了兩組預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)，一次預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)7和二次預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)6，一次預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)和二次預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)在平面上錯(cuò)開布置，關(guān)鍵是一次預(yù)彎刀塊和二次預(yù)彎刀塊的結(jié)構(gòu)布置，在平面方向上只能重疊布置，要想一次預(yù)彎刀塊和二次預(yù)彎刀塊都有自己的運(yùn)動(dòng)空間，只能在高度空間避開，我們?cè)O(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)將二次預(yù)彎刀塊懸架于一次預(yù)彎刀塊之上，一次預(yù)彎刀塊與二次預(yù)彎刀塊形成雙層結(jié)構(gòu)，從而預(yù)彎結(jié)構(gòu)和預(yù)彎刀塊在平面和空間方向能夠錯(cuò)開布置并獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)及預(yù)彎刀塊都安裝在下模座8上，壓料板15上安裝側(cè)壓斜楔12，實(shí)現(xiàn)一次預(yù)彎成型前側(cè)壓斜楔帶動(dòng)側(cè)壓料芯壓料，一次預(yù)彎成形結(jié)束后，側(cè)壓斜楔和一次預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)回退，避讓二次預(yù)彎刀塊，二次預(yù)彎刀塊預(yù)彎成型結(jié)束并回退，包邊刀塊進(jìn)入完成包邊成形。預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)和側(cè)壓斜楔的工作及回退先后時(shí)間關(guān)系，通過安裝在上模座上的一次驅(qū)動(dòng)塊、二次驅(qū)動(dòng)塊、側(cè)壓料芯驅(qū)動(dòng)塊的高度來調(diào)整實(shí)現(xiàn)。包邊結(jié)束后，放置定位在下模上的后背門外板9與后背門內(nèi)板10結(jié)合成后背門總成，模具打開取走總成板件進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

結(jié)束語(yǔ)

后背門總成是所有總成包邊中最困難的，特別是大包邊角度采用模具方式包邊，在國(guó)內(nèi)目前還沒有先例可以參考，我們根據(jù)傳統(tǒng)模具方式包邊在大包邊角度領(lǐng)域預(yù)彎成形缺陷成因分析，找到傳統(tǒng)模具方式包邊在大包邊角度領(lǐng)域預(yù)彎成形缺陷成因，在傳統(tǒng)包邊模具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)，經(jīng)工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)制造和生產(chǎn)線生產(chǎn)驗(yàn)證，該包邊工藝和模具結(jié)構(gòu)都達(dá)到了前期的預(yù)定質(zhì)量要求，而且通過創(chuàng)新雙重預(yù)彎包邊模具結(jié)構(gòu)，大大減少了包邊工裝的開發(fā)成本，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)大包邊角度包邊技術(shù)的先河。該包邊技術(shù)已申報(bào)國(guó)家專利，專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N201410482082.8。