轎車頂蓋模具天窗的沖翻方式

李歡歡

（長春一汽模具制造有限公司，吉林長春 130000）

1 引言

隨著人們對轎車配置的要求越來越高，要求轎車天窗的配置也占用越來越大的比例。從制件的方面來看，轎車頂蓋的造型一致，有天窗的車型是在無天窗車型的頂蓋上開出所需要的天窗孔；從沖壓模具方面來看，僅僅是在無天窗的基礎上增加沖制天窗的機構或者模具。為提高市場競爭力，在滿足客戶需求的基礎上需盡可能的節約工裝成本，并且降低制件缺陷，提高客戶滿意度。

2 傳統頂蓋的模具結構

轎車頂蓋無天窗的成型工藝路線一般為：拉伸→修邊→翻邊→斜楔翻邊。如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1 拉伸

圖3 翻邊

圖4 斜楔翻邊

對于有天窗的頂蓋需設計并制造新的修邊和翻邊模具。或者是針對沖窗口工序，通過增加模具的閉合高度來實現制件切換。

缺點：模具整體外形尺寸大，增加其維護成本。在生產過程中，在進行有無天窗兩種不同頂蓋沖壓件切換生產時，需停止生產線進行兩副模具的更換安裝調整，會造成生產時間長，效率低，不滿足自動化沖壓設備的要求。

3 頂蓋天窗孔的沖翻模具結構

3.1 帶切換裝置的模具結構

針對傳統生產方式的缺陷，對于天窗頂蓋來講，需要增加天窗孔但不增加數量的方案，這樣就需要一套切換裝置，如圖5所示。

圖5 帶切換裝置的模具結構

工作過程：在沖制帶天窗版頂蓋時，如圖所示，通過氣缸12產生的進給力，推動切換斜楔2向前運動，直到切換斜楔2與行程限位塊13接觸，此時切換斜楔2上的楔導板與安裝板5上的楔導板3狀態由圖3變為圖4，安裝板5上的彈性元件氮氣彈簧10被壓縮，工作部件整體向下運動，此時的沖制窗口機構處于工作狀態，安裝板上的工作鑲塊與下凸模上安裝的工作鑲塊7共同完成沖制天窗口的工作。

在壓制無天窗版頂蓋時，氣源氣閥轉換給氣使氣缸回程，帶動切換斜楔2向反方向運動，直到切換斜楔2接觸回程限位塊9，氣缸停止運動，切換斜楔2和安裝板5上的楔導板狀態由圖4回到為圖3狀態，此時安裝板上的彈性元件氮氣彈簧10行程釋放向上頂起天窗口工作部件，使安裝板5上的楔導板與切換斜楔2上的平導板4貼合，從而使整套沖制天窗口的工作部件向上返回到非工作位置，同時需拆下凸模上的沖制窗口的工作部件，此時模具在工作狀態下上模安裝板上的工作部件處于非工作狀態，完成無天窗口頂蓋的沖制。

該模具結構中需依靠上打桿或氮氣彈簧保證壓料板對制件有足夠的壓料力，由柔性限位元件、側銷對壓料板限位，切換機構通過氣缸在上底板上前后滑動，安裝板與上底板1之間有限位導向合件進行導向限位，通過氮氣彈簧10來保證窗口沖制的工作部件與制件之間的距離。在頂蓋修邊、翻邊模具中均增加該切換裝置，就可以在不增加模具數量的前提下實現沖制有窗口和無窗口頂蓋模具的切換。

優點：利用該切換裝置可以在不增加模具數量的情況下實現有天窗和無天窗頂蓋的生產。有效降低前期研發費用及模具制造成本，減少生產不用款型頂蓋的切換時間，提高了生產節拍。

缺點：由于普通頂蓋無天窗結構是，形狀封閉，成形應力未得到釋放，相對制件回彈量小，但帶有天窗結構的頂蓋，在沖窗口后，頂蓋的整體封閉形狀消失，在天窗的4個角部會產生外觀變形。另外頻繁的進行機構切換容易導致頂蓋天窗切換機構損壞或者易卡，從而造成模具的無法使用。增加該裝置后模具的運動也變得復雜，不利于調試生產和后期維修。

3.2 帶下壓料天窗沖翻結構模具

對于以上兩種頂蓋模具結構的缺陷，另外的一種結構方案為在無天窗頂蓋的生產模具后增加一副帶下壓料天窗沖翻結構的模具，其既彌補了傳統生產模具的缺陷，無需增加模具的閉合高度，較少模具的數量，又彌補了帶切換裝置的模具結構中修邊以后再整形翻邊產生的外觀變形。但其難點在于，沖翻窗口后，翻邊退料行程問題。

（1）基礎沖翻孔模具結構及力的計算。

沖翻孔模具結構如圖6所示，模具主要工作部件由沖孔翻孔凸模3、壓料板4、翻孔凹模7、沖孔凹模8、彈簧10等著組成。沖孔、翻孔凸模3與沖孔凹模8完成沖孔后與翻邊凹模7完成翻邊。

圖6 沖翻孔模具結構

沖翻孔模具的工作過程：當上模在極限位置時，模具處于待工作狀態，可以將板料放在翻邊凸模凹模7上。模具工作時，上模隨著壓床滑塊下行，首先壓料板4壓住板料，并隨著壓床滑塊的繼續下行，沖孔翻孔凸模3接觸板料并沖孔，接著隨著壓床滑塊的繼續下行，沖孔翻孔凸模3的翻邊部分接觸板料并把沖孔凹模8向下推，壓縮彈簧10，同時翻孔，直至翻孔結束，上模達到下極限位置，最后壓床滑塊開始向上運動，沖孔翻孔凸模3退出工序件。

沖孔力的計算：

沖孔的沖裁力的計算公式如下：

式中P0——沖裁力，N

τ——材料抗剪強度，MPa

L——材料厚度，mm

翻邊力的計算：

沖孔后翻邊力的計算公式如下：

式中P——翻孔力，N

σs——屈服點，MPa

d——翻孔直徑，mm

D0——翻邊孔直徑，mm

壓料板壓料力的計算如表1所示。

表1 壓料板壓料力的計算

翻邊退料行程的計算：

式中S——翻邊退料行程

Ps——壓料板行程

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L——翻邊高度

α——余量，min10mm

（2）帶下壓料的天窗沖翻孔模具結構。

在沖翻孔模具基本結構的基礎上，設計轎車頂蓋窗口的沖翻模具結構。由于轎車頂蓋為大型覆蓋件，為了解決傳統傳統頂蓋的模具結構缺點，滿足自動化生產要求，就需要設計一套與無天窗生產模具閉合高度相同的模具。又頂蓋天窗口為封閉式修邊翻邊，就必須考慮其退料問題。按沖翻孔模具基本結構中的退料行程計算S=Ps+L+α，其退料行程太大，不能滿足自動化生產需求，考慮增加氣動刮料方式，解決退料行程過大問題。

式中P'——壓料力，t

L——翻邊處的全部長度，mm

帶下壓料的天窗沖翻孔結構如圖7所示。

圖7 沖翻孔模具結構

（3）模具工作過程。

當上底板在極限位置時，模具處于打開狀態，下壓料板6下的氮氣彈簧8處于釋放狀態，下壓料板型面與凸模2型面相合，此時將無天窗口的頂蓋工序件放上。模具工作時，上模隨著壓床滑塊下行，首先上壓料板11先壓住料，然后小壓料板4與修邊凸模5接觸壓料，翻邊修邊凹模3接觸板料并修邊，接著隨著壓床滑塊繼續 下行，翻邊修邊凹模3繼續向下完成翻邊。上模達到極限位置后壓床滑塊開始向上運動，翻邊修邊凹模3退出工序件后，上壓料板3與小壓料板4脫開工序件，此時下壓料板6上升至工作前狀態，氣缸7開始工作，繼續向上頂下壓料板6此時刮料片9進行刮料，最后機械手取出制件及廢料，頂蓋沖翻天窗口工作完成。

該模具重點在于壓料翻邊，小壓料板4和壓料板11先于修邊翻邊凹模3接觸板料，進行壓料，然后修邊翻邊凹模3先修邊在翻邊，修邊翻邊完成后，下模氮缸8先頂起設定高度，待小壓料板4和壓料板11脫離凸模2和修邊凸模5一定高度后，氣缸7開始工作，刮料完成后，氣缸7回到氮缸8位置，等待下一個工序件，此處要求氣缸7的力小于氮缸8總力。

4 結論

綜上所述通過對頂蓋制件及模具結構的研究分析，對于轎車模具頂蓋天窗沖翻模具結構有兩種：一種是帶切換裝置的模具結構，另一種為帶下壓料的天窗沖翻結構。該兩種方式與傳統頂蓋的模具結構相比，都可以有效降低前期的研發費用及模具制造成本，也能釋放沖壓車間的存放空間，減少生產不同款型板件生產的切換時間，提高生產節拍和生產效率，實現有天窗型和無天窗型兩種不同形式頂蓋外板的生產，無需停線更換模具和增加模具的閉合高度。帶下壓料的天窗沖翻結構與帶切換裝置的模具結構相比，雖然其是在無天窗頂蓋模具后增加一副帶有下壓料的天窗沖翻結構模具，但其結構可以在一定程度上改善天窗四角變形問題，制件質量提升，模具結構也相對簡單，能夠節省工裝成本。