朱 俊

大乘汽車集團(tuán)有限公司（江蘇常州 213000）

1 引言

設(shè)計(jì)美學(xué)是汽車工業(yè)上一個(gè)無(wú)法規(guī)避的問(wèn)題，尤其是在當(dāng)前汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，時(shí)尚的外形設(shè)計(jì)是汽車廠家抓住消費(fèi)者眼球的重要法寶。而尾燈又是汽車整體造型的重要元素之一，時(shí)尚、個(gè)性、新穎的尾燈造型是整車一道亮麗的風(fēng)景線。然而，用于安裝固定尾燈的尾燈座板，因尾燈造型的需要其結(jié)構(gòu)變得愈加復(fù)雜。

本文介紹了一種用于安裝SUV車型超長(zhǎng)尾燈（見圖1）的尾燈座板，主要從尾燈座板的結(jié)構(gòu)、沖壓CAE分析、工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討，闡述復(fù)雜尾燈座板工藝和模具設(shè)計(jì)過(guò)程。

2 尾燈座板結(jié)構(gòu)及功能介紹

尾燈座板因其在白車身上所處位置和其所承接功能特殊，致使尾燈座板鈑金件自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如圖2所示，尾燈座板在汽車白車身上所處區(qū)域，與其有配合搭接關(guān)系的零件有：側(cè)圍外板、流水槽、尾燈座板角板、側(cè)圍外板延伸板以及D柱下內(nèi)板等零件。此外，尾燈座板根據(jù)其承接功能的需要，該鈑金件上有5組功能各異的沖孔。如圖3所示，尾燈座板孔位信息有定位孔、線束膠套過(guò)孔、后大燈安裝孔、后保險(xiǎn)杠尾燈支架安裝孔、卡扣定位孔。因尾燈座板需滿足尾燈的匹配需求，尾燈座板上應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的安裝避讓空間，造成其自身造型復(fù)雜；其中尾燈座板與側(cè)圍外板之間的匹配面（見圖3中陰影區(qū)域面）結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，為了避免白車身焊裝完成后出現(xiàn)不符合涂裝工藝要求的老鼠洞等白車身缺陷，側(cè)圍外板后三角區(qū)域的兩處尖點(diǎn)，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的鈑金件與之進(jìn)行匹配貼合；其中一處由尾燈座板角板與之進(jìn)行匹配，另外一處則由尾燈座板的A處造型（見圖3）與之匹配；為了完成與側(cè)圍外板尖點(diǎn)的匹配，尾燈座板A處造型是一個(gè)兩相鄰翻邊垂直，中間R過(guò)渡的造型；此處造型也是尾燈座板工藝設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

圖1 尾燈

圖2 尾燈座板在車身上的位置

圖3 尾燈座板的結(jié)構(gòu)

3 尾燈座板CAE分析

每臺(tái)車左右各有一個(gè)尾燈座板，從整車開發(fā)成本上考慮，盡可能降低模具開發(fā)費(fèi)用。本車型的尾燈座板采用左右件合模的方案進(jìn)行工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因尾燈座板其自身機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，在確定左右件合拼方案時(shí)，要充分考慮與側(cè)圍外板匹配面的成形工藝設(shè)計(jì)，尤其是與側(cè)圍外板尖點(diǎn)的匹配處（尾燈座板A處造型）。該造型通過(guò)常規(guī)的修邊后再翻邊是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)過(guò)綜合分析對(duì)此處造型采取拉伸時(shí)直接成形到位，再通過(guò)不同角度的修邊實(shí)現(xiàn)該部位結(jié)構(gòu)。因此，確定尾燈坐板的左右件合拼方案為：以與側(cè)圍外板延伸板搭接面為對(duì)稱面，將尾燈座板A處造型在左右合拼工藝補(bǔ)充區(qū)域直接拉伸成形到位，如圖4所示。

圖4 左右件合拼方案

因尾燈座板安裝匹配面造型比較復(fù)雜，在選取沖壓方向時(shí)，要充分考慮成形面在沖壓方向上是否存在負(fù)角，將尾燈座板按照其車身坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，經(jīng)過(guò)多次分析比較，最終確定其沖壓的方向?yàn)椋篨60°、Y45°、Z-68°，如圖5所示。

圖5 尾燈座板的沖壓方向

在尾燈座板材料選擇上，考慮其成形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，材料流動(dòng)的不均勻性，該零件要求材料必須有較高的延伸率等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)CAE多次模擬分析，最終確定其材料為DC06。

通過(guò)上述左右件的合拼方案、沖壓方向、板料材質(zhì)分析確認(rèn)后，進(jìn)而對(duì)其工藝補(bǔ)充面進(jìn)行優(yōu)化分析，根據(jù)AutoForm模擬分析結(jié)果,檢查其成形過(guò)程，如圖6所示，過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)板料減薄超差和明顯起皺現(xiàn)象，如圖7所示。根據(jù)CAE分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其變薄率、起皺、最大失效進(jìn)行綜合評(píng)判，減薄率在0～0.25mm的范圍內(nèi)，起皺在0～0.03mm的范圍內(nèi)，最大失效在0～0.8分范圍內(nèi)，如圖8、圖9、圖10所示，最終確定該方案分析的結(jié)果可行。

圖6 尾燈座板成形過(guò)程圖

圖7 尾燈座板成形性檢查

圖8 尾燈座板減薄率檢查

圖9 尾燈座板起皺檢查

圖10 尾燈座板最大失效檢查

4 尾燈座板的工藝設(shè)計(jì)

該尾燈座板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因各工序需完成的工序內(nèi)容不同，工序之間需進(jìn)行沖壓方向的旋轉(zhuǎn)。工藝設(shè)計(jì)時(shí)，主要從零件生產(chǎn)的可操作性、模具結(jié)構(gòu)的可靠性、零件品質(zhì)的穩(wěn)定性和一致性等方面進(jìn)行了分析研究。最終確定了該零件需由6道工序完成，分別是OP10序拉伸、OP20序修邊+側(cè)沖孔、OP30序修邊+側(cè)沖孔+分離、OP40序翻邊+整形、OP50序側(cè)修邊、OP60序側(cè)修邊+側(cè)沖孔。

OP10序設(shè)計(jì)時(shí)，將尾燈座板A處造型在左右合拼工藝補(bǔ)充區(qū)域直接拉伸成形到位，零件其他區(qū)域的翻邊匹配面過(guò)R角后對(duì)直邊進(jìn)行展開攤平，工藝補(bǔ)充面上做光順。為了方便后續(xù)修邊，在做工藝補(bǔ)充面時(shí)沿修邊線向外延伸5mm。考慮材料流動(dòng)的順暢性，左右兩側(cè)的工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)三角形平臺(tái)斜面；為了提高材料利用率，左右件合拼區(qū)域盡量縮小，控制在10mm以內(nèi)，如圖11所示。

圖11 OP10序工法圖

OP20序設(shè)計(jì)時(shí)，該序的沖壓方向與拉伸序保持一致，考慮到廢料滑落的順暢性并為后序分離做準(zhǔn)備，該序主要是對(duì)零件周邊廢料進(jìn)行修沖，同時(shí)對(duì)左右件合拼工藝補(bǔ)充區(qū)域進(jìn)行正沖和側(cè)沖，為OP30序左右件分離做準(zhǔn)備，如圖12所示。

OP30序主要將需要翻邊的修邊線修沖到位，由于后序翻邊整形工序需要旋轉(zhuǎn)沖壓方向，因此本序需將左右件完全分離。結(jié)合本工序內(nèi)容，合理布置側(cè)修、側(cè)沖機(jī)構(gòu)，確定側(cè)修、側(cè)沖的斜楔角度，將后大燈安裝孔在本序中沖出，如圖13所示。

圖13 OP30序工法圖

OP40序?yàn)榱吮ＷC所有翻邊面能在一序中同時(shí)完成，OP40序的沖壓方向在OP30序的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)了20°；同時(shí)該序利用壓料芯蹲死對(duì)零件復(fù)雜型面進(jìn)行整形，提高零件型面的符檢率，如圖14所示。

圖14 OP40序工法圖

OP50序和OP60序主要對(duì)將尾燈座板A處造型處進(jìn)行修邊，由于該處造型的特殊性，所以必須通過(guò)兩道工序才能完成。此外零件的定位孔和所有的安裝孔也在OP60同時(shí)沖出，確保了孔的精度，如圖15、圖16所示。

圖15 OP50序工法圖

圖16 OP60序工法圖

綜上所述，尾燈座板因其自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要求工藝設(shè)計(jì)人員在工藝設(shè)計(jì)時(shí)要充分的考慮模具結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性及可靠性，生產(chǎn)的可操作性、零件面品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，進(jìn)而確定各道工序需要實(shí)現(xiàn)的工序內(nèi)容，針對(duì)每序設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述。總的來(lái)說(shuō)，該套工藝設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)操作順暢，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制件質(zhì)量穩(wěn)定、一致性好，為其他車型類似的尾燈座板的工藝設(shè)計(jì)提供了一種方案。

5 尾燈座板的模具設(shè)計(jì)

尾燈座板的模具以常規(guī)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，適用于手工線上生產(chǎn)。OP10序拉伸模設(shè)計(jì)時(shí)，采用手工線通用的模具結(jié)構(gòu)，主要由上模、壓邊圈、下模組成，上模與壓邊圈采用中間導(dǎo)腿導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，壓邊圈與下模采用內(nèi)導(dǎo)向的方式，整體模具導(dǎo)向平穩(wěn)。壓邊圈上設(shè)計(jì)有板料滑料架，方便操作人員上下料，板料在壓邊圈上采用封閉式定位塊，板料定位可靠，如圖17所示。

圖17 OP10模具圖

OP20序設(shè)計(jì)時(shí)，上模與下模采用導(dǎo)腿加導(dǎo)柱導(dǎo)套的導(dǎo)向方式，對(duì)于上下模有側(cè)向力的模具，使用該結(jié)構(gòu)模具整體導(dǎo)向平穩(wěn)。為了平衡側(cè)面斜楔側(cè)沖孔產(chǎn)生的側(cè)向力，上下模設(shè)計(jì)有防側(cè)向力導(dǎo)板。本序零件靠模具的型面定位，修邊廢料從模具兩邊滑出，滑出空間較大，廢料滑落順暢。為了方便操作人員取件，下模設(shè)計(jì)有氣動(dòng)頂料機(jī)構(gòu)，如圖18所示。

圖18 OP20模具圖

OP30序設(shè)計(jì)時(shí)，分離廢料從模具單側(cè)滑出，主要考慮二層廢料滑道滑出空間和滑板角度，滑出空間尺寸大于零件最大輪廓尺寸加30mm，滑料板角度大于25°，確保廢料滑落順暢。本序零件靠型面定位，為方便操作人員取件，下模設(shè)計(jì)有空手槽；由于斜楔側(cè)修時(shí)產(chǎn)生側(cè)向力，上下模左右兩邊設(shè)計(jì)有防側(cè)向力背托，如圖19所示。

圖19 OP30模具圖

OP40序設(shè)計(jì)時(shí)，該序模具主要完成制件上翻邊和型面整形，模具采用下活動(dòng)壓芯的結(jié)構(gòu)，翻邊整形鑲塊直接鑲嵌在上模板，下活動(dòng)壓料芯的壓力源由氮?dú)鈴椈商峁换顒?dòng)壓芯下設(shè)計(jì)有整形到底蹲死塊和上行程限位安全蓋板，如圖20所示。

OP50序設(shè)計(jì)時(shí)，由于零件修沖角度的需要，該序沖壓方向旋轉(zhuǎn)的一定的角度，導(dǎo)致壓料芯前后落差較大，為了確保壓料芯的工作平穩(wěn)，下模設(shè)有兩處壓料芯錐形平衡塊，如圖21所示。

OP60序設(shè)計(jì)時(shí)，該序模具需對(duì)尾燈座板A處造型處進(jìn)行精修，且該處修沖屬于單邊剪切，精修凸模受側(cè)向力較大；設(shè)計(jì)時(shí)將修沖凸模刃口斷面做成Z形狀，非修邊面與凹模采用0間隙配合；設(shè)計(jì)Z形的凸模刃口斷面，能有效抵消精修凸模單邊剪切時(shí)所受的較大側(cè)向力。由于制件定位孔和安裝孔正沖的需要，該工序沖壓方向旋轉(zhuǎn)的一定的角度，導(dǎo)致壓料芯前后落差較大，為了確保壓料芯的工作平穩(wěn)，下模設(shè)有4處壓料芯錐形平衡塊，如圖22所示。

圖20 OP40模具圖

圖21 OP50模具圖

圖22 OP60模具圖

綜上所述，針對(duì)尾燈座板每道工序的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的重點(diǎn)和特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)闡述，因其自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，工序內(nèi)容較多，需要不同工序的模具共同實(shí)現(xiàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，該制件的模具設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)操作順暢，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制件質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性好。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文從尾燈座板的結(jié)構(gòu)、沖壓CAE分析、工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，介紹了一種用于安裝超長(zhǎng)尾燈的尾燈座板的模具開發(fā)過(guò)程，著重闡述復(fù)雜尾燈座板的工藝和模具設(shè)計(jì)方案。從制件生產(chǎn)的可操作性、模具結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性、制件面品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性的角度考慮，合理設(shè)計(jì)、布置沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)，進(jìn)而確定各道工序需要實(shí)現(xiàn)的工序內(nèi)容。總之，該制件的工藝和模具設(shè)計(jì)方案，對(duì)其他車型類似結(jié)構(gòu)的尾燈座板，具有一定的參考借鑒價(jià)值。