采用激光焊的行李箱外板上段沖壓工藝研究

董家玲，王振東，劉 健，徐 勇，姚 鵬

（中國第一汽車股份有限公司 紅旗繁榮工廠，吉林 長春 130011）

0 引 言

目前高端車型的行李箱外板上、下段采用激光焊工藝代替原來的點焊工藝，這對行李箱外板上、下段搭邊位置的尺寸精度及表面質量要求更高，沖壓工藝設計也要求更精細化，為縮短整改周期，盡量在前期解決缺陷問題，即從產品結構、成形制件及成形工藝等方面進行規避。現針對行李箱外板上段的工藝方案進行優化，解決翻邊導致的回彈及表面質量缺陷問題。

1 行李箱外板上段結構及幾何尺寸公差要求

行李箱外板結構如圖1所示，上、下段采用激光焊工藝，采用激光焊工藝對成形制件的尺寸精度要求比點焊工藝高，如圖1（a）所示，l～m區域為行李箱外板上下段搭接處，當長度L≤300 mm時，平行差為0.3 mm，當長度L＞300 mm，平行差為0.5。行李箱外板上段與下段搭接位置的翻邊高度一般為60～70 mm，如圖1（b）所示，上、下段搭邊值≥10 mm，如圖1（c）所示。

圖1 行李箱外板結構

2 沖壓工藝

行李箱外板上段沖壓工藝方案如圖2所示，傳統成形工藝采用6道工序：①拉深→②修邊、沖孔→③翻邊、側修邊→④翻邊→⑤側整形→⑥側修邊。

圖2 行李箱外板上段沖壓工藝

3 存在的問題及解決措施

3.1 表面質量缺陷及解決措施

行李箱外板上段成形過程中產生的表面質量缺陷主要為翻邊波浪、修邊毛刺以及沖擊線。

（1）翻邊波浪問題及解決方法。由于受造型限制，行李箱外板上段（見圖3所示a～b段）為多料翻邊，翻邊過程中會產生翻邊波浪，如圖4所示，在工藝設計時，采用壓料翻邊，即翻邊時用上、下壓料板夾料翻邊，能解決翻邊波浪問題（見圖5）。但由于夾料翻邊過程中，板料會產生塑性變形，導致輪廓附近出現翹曲變形，如圖6所示，無法保證成形制件尺寸精度的要求，而且后期現場調試階段，只能通過調整翻邊間隙的方法進行優化，無法徹底消除翹曲變形。

圖3 行李箱外板上段

圖4 翻邊波浪

圖5 夾料翻邊模擬分析結果

圖6 行李箱外板上段回彈分析結果

翻邊工序前進行粗修邊，翻邊后再精修到位，目的是將修邊高度增高，夾料翻邊時使側翹曲變形區域在修邊線之外，保證了成形制件的精度，縮短了整改周期，如圖7所示。

圖7 行李箱外板工藝方法

行李箱外板上段翻邊高度一般為60～70 mm，為保證成形制件的剛性，在翻邊面設計沉臺（見圖7），但是在成形過程中由于材料流動不均勻，相應位置表面及與行李箱外板下段搭接面位置會產生坑包波浪，導致尺寸精度難以保證。制件設計階段對沉臺的深度、形狀等提出以下要求：①沉臺最外側需要設計一個臺階，避免材料流動不均勻產生表面質量缺陷；②沉臺深度≤3 mm（見圖8）；③過渡區必須平緩均勻過渡，避免過渡急劇產生表面質量缺陷；④沉臺外輪廓距離制件A面直線段距離≥10 mm，避免壓不住料導致A面產生表面質量缺陷（見圖8）。

圖8 行李箱外板下段

（2）修邊毛刺問題及解決方法。采用傳統成形工藝方案時，前、后工序沖壓方向必須一致，精修邊只能采用勾修（見圖9（a）），導致修邊毛刺集中在成形制件外表面，即與行李箱外板下段搭接表面，為保證激光焊質量，需進行手工修件，浪費人力和物力。針對出現的問題，通過改變前后工序沖壓方向，精修工序的沖壓方向相對于拉深工序繞X軸旋轉46°，采用側修工藝方案代替原來的勾修工藝方案，如圖9（b）所示，使修邊毛刺分布在成形制件內表面，保證了行李箱外板上段與下段的搭接位置的精度要求，滿足激光焊對成形制件的精度要求。

圖9 成形工藝方案對比

（3）沖擊線問題及解決方案。沖擊線是成形過程中板料通過凸圓角向內流入產生的痕跡，為保證成形制件表面質量，避免多料翻邊產生的回彈及翻邊波浪等表面缺陷，工藝補充設計時盡量減少后工序翻邊整形量，拔模角與沖壓方向的夾角一般為3°左右，同時為保證修邊，此處拉深深度較深，成形過程中板料流入量較大，沖擊線易進入A面（見圖10（a））。為避免沖擊線不進入A面，工藝設計階段，此處的工藝補充需要增加一個二層臺階（見圖10（b）），目的是控制板料的流入，且臺階距離A面盡量等深，既確保沖擊線不進入A面，又解決了因材料流動不均勻導致A面出現波浪的問題，提高成形制件的表面質量。

圖10 行李箱外板上段工序分析

3.2 模具結構設計關鍵問題

（1）精準定位。行李箱外板上段形狀主要是V形，前、后方向靠形狀定位，當修邊、沖孔后，左、右方向無法靠形狀定位，因此在修邊、沖孔工序設計三角定位孔，用于翻邊、側修邊的定位。從工序③到工序④沖壓方向需要旋轉46°，由于成形制件的自重，僅靠形狀定位無法實現，設計邊定位的同時，增加2個托料塊，如圖11所示。

圖11 行李箱外板翻邊工序凸模

（2）側整形工序受空間限制，不能采用推拉器，只能采用旋轉器。在工藝設計階段，考慮退料的同時還需要考慮模具零件強度，最薄位置厚度≥10 mm，如圖12所示。

圖12 行李箱外板成形工序旋轉器

4 新工藝優缺點

改進后的成形工藝與傳統工藝相比的優點：①翻邊工序采用正翻邊，模具結構簡單，模具零件強度高，如圖13所示；②壓料翻邊后采用側修邊，修邊產生的毛刺僅在成形制件內表面，不影響激光焊搭接面，滿足成形制件精度要求，而傳統工藝為滿足精度要求，也可以增加精修，但是只能采用勾修，在制件輪廓表面會留有毛刺，需要人工打磨后方可使用。缺點：改進后的成形工藝前、后工序存在轉角問題，對量產節拍有一定影響，且要求設備具有前、后工序轉角功能，而傳統工藝方案前、后工序不需要轉角。

圖13 行李箱外板翻邊工序模具結構

5 結束語

行李箱外板下段搭接邊采用壓料正翻邊、側整形、側修邊等工序成形，保證了成形制件尺寸精度及表面質量，雖然前、后工序需要轉角，但是模具結構簡單，能保證模具零件強度，同時避免勾修導致成形制件毛刺的問題。