后盖外板分体结构的产品结构优化及工艺设计

程岩 130012) (一汽轿车股份有限公司,长春 摘要:通过对三厢汽车后行李箱外板及两厢汽车后背门外板分体式结构的工艺分析并结合制件实际生产问题,优化了产品开发阶段的产品结构设计方案,实现了工程设计阶段后盖外板上下部、后盖内板一模三件的新工艺设计方案,并提出在设计过程中须注意的事项,为生准阶段有效地缩短模具工序提高生产效率并能够改善产品质量,降低白车身成本奠定了坚实的基础。关键词:分体式后盖外板 一模三件 降低成本TG386 B中图分类号: 文献标识码:

Automobile Technology & Material - - Workshop Solution -

1 前言

随着汽车制造业的高速发展,中国已经成为全球第一大的汽车产销市场,中国社科院经济研究所发布的我国车企利润中,合资车企所占的比95%, 5%,例高达 自主品牌的利润仅为不足 而自主40%品牌的车型占据整个市场份额的 左右,自主车企如何在激烈的市场竞争中占有一席之地,如何提高自身的品牌竞争力,缩短产品开发周期,提高产品质量,降低整车成本已经成为亟待解决的问SUV题。目前,国内的汽车市场跨界车和 持续热销,涉及到的行李箱及后背门的造型也层出不穷,常见的行李箱外板及后背门外板结构主要有一体式和分体式,一体式造型为一次冲压成形,其整体刚度及质量都要好于分体式,分体式主要受外观造型的影响,由于造型及结构相对于一体式更复 杂,难度更大,无法一次整体成形从而分为上下两段,后期通过点焊或者激光焊接连接在一起,目前B30 B50 X80 CX- 4我公司的奔腾 、 、 车型及 都是采H6,用的分体式造型,而市场上如长城哈弗 奥迪Q5等车型都是采用分体式的。主要介绍了分体式的后盖外板工艺设计的前期产品优化及后期的工艺设计。

2 产品开发阶段的改善措施

在新项目开发的过程中,基于平台车的成本规划及设备利用率,后盖内外板的产品工艺规划1 2)为四工序,一模三件(图 、图 。

产品开发过程中,其产品性能否满足设备需求及工艺成形性要求是工艺部门前期评审的关键。

1972—),作者简介:程岩( 女,高级工程师,学士学位,研究方向为 冲压工艺。

2.1 设备通过性要求。

产品设计一定要满足冲压现场生产线的工艺要求。

2.1.1 工序数要求

冲压工艺工序数≤4序,保证ABC、、线通用。工序数≤4序,这就对产品冲孔角度提出了要求,行李箱盖的各种功能孔如果冲孔方向非常多,就4 ABC会导致工序多于 序,对 、、线生产的通用性3 4)造成影响(图 、图 。

后背门外板修边要在两序内完成,冲孔可三序完成。因要考虑背门上下板在一模双件,所以上板的扰流板固定孔方向及下板牌照装饰板固定5°孔要求红色孔与基准孔方向在 以内,否则红色3孔与黄色孔、粉色孔无法保证 序内完成。

后背门内板修边冲孔要在两序内完成。上拱线两侧区域孔的法线方向,应只有一个或两个角度,并且其中一个角度与风窗或保险杠处的修边法5°向在 以内;拱线位置或流漆孔按冲压方向布置。

2.1.2 成形力要求

第一序成形力≤1 600 t,后序成形力≤800 t(设备许用压力的80%)。

压料力允许选用范围为80~360 t。

2.1.3 料片尺寸要求

a. 500~4 060 t,单料片:宽向尺寸 长度尺寸750~2 000 mm。

b. A 500~1 500 mm,b双料片:宽向尺寸 线 线300~1 500 mm, 750~2 000 mm长度尺寸 。

2.2 产品结构设计的工艺性要求

行李箱外板上下部采用一料双件工艺设计,主要考虑因素如下。

2.2.1 外板件要保证无开裂、起皱等缺陷

a.与尾灯搭接拐角处翻边按翻边展开计算,此处拐角为少料翻边,易产生开裂现象。建议产品尾灯尖角翻边处高度不超过3 mm,夹角> 80°(图5)。

b.与下板拼焊边搭接拐角处翻边按翻边展开计算,此处拐角为多料翻边,易产生起皱现象。高度建议产品豁口开到如图所示或者开到圆角切线6)处(图 。

c. 7与尾灯搭接处翻边见图 。

由于翻边时,翻边镶块与折面先接触,翻边面A向上聚料,从而导致尾灯口面易产生面品缺1)陷。建议翻边面设计为可直翻边面(方向 或者

沿斜翻边一个方向面(方向2),尽量不要设计折面结构,如必须设计成折面要求冲压方向无负角,翻16 mm边长度要求 以内,为避免翻边处起皱,避开焊点处增加豁口。

2.2.2 特征棱线无滑移、A面无冲击痕

8三厢车行李箱外板冲击线及滑移线见图 。

触,产品脊线区域已产生塑性变形,成形后期脊线滑移线是板料在成形初期与凸模的高点接两侧成形力得不到有效控制,使板料滑移,形成脊线滑动的光亮带,漆后可见,严重影响外观。冲击线是板料在凹模与压料圈闭合后,受凸模作用成形时,板料流经凹模口圆角时,由于摩擦及材料硬化形成的带状划痕,漆后可见,严重影响外观。通常要求冲击线距离外观A面边界5 mm以外,滑移线控制在形状面R以内。

2.2.3 表面无波浪,暗坑

9后盖外板上部尾标下方拼焊面凹槽设计见图 。

由于牌照板固定孔窝、行李箱开关固定孔窝座设计为不同形状,不同深度且不贯通的窝座,在侧整形过程中,由于在凹坑R角位置走料最为急剧,压料平面过小,无法控制凹坑成形过程中的R角走料,因此,在目前产品结构下,无法避免R角棱线不顺、蛇形波浪缺陷的产生。建议产品凹槽8 mm做贯通设计,两端逐渐变浅,并且距离R角 以上。为了控制回弹,凹槽内尽量多的增加半斜筋。

2.2.4 无回弹、翘曲、塌角等缺陷

拼焊边长度结构设计见图10。拼焊边长度越长产生回弹及拼焊面起皱现象越严重,建议产品 65 mm设计拼焊面长度 以内,牌照灯处增加凹槽(类似增加加强筋),槽深与箭头处窝座深度相同,改善翻边后回弹及翘曲状况。

11后盖主棱线造型弧度见图 。采用弦长和拱高的比值n来反映弧度的大小,弧度越大制件成形38后回弹越大,建议n> 。

2.2.5 改善后牌照灯处刚性

由于后背门外板牌照板处形状比较平缓,材料成形后刚性较差,建议在图示区域增加一定深12)度的牌照窝,增加下板的刚性(图 。

2.2.6 压合工艺对冲压单件结构尺寸要求

13产品两侧与侧扰流板搭接处压合面见图 。

建议产品与侧扰流板搭接处造型角度尽量不120°( 120°,要超过 滚边压合角度为 如为压合模角105°)度要小于 。直翻边角度过大,无法满足压合

角度,如需满足压合角度工艺设计应为侧翻边,侧翻边后角度满足压合角度,还需要校核压合时背门内板能否顺利放入外板。人工放件要求,一侧内外0.2 mm;板靠死,另一侧间隙最小 机器人放件要求, 0.5 mm( 14)一侧内外板靠死,另一侧间隙最小 图。 外板上下部对件,对接侧压合边只能采用直翻边工艺,需考虑压合前翻边角度尽量不要超过120°( 15)图。

3 后盖外板分体结构的工艺方案设计 3.1 冲压方向

原则上四工序间冲压方向一致,如果必须转角度需进行自动化验证。

a.外板需考虑压合角度、拼焊面翻整角度、修边冲孔角度以及特征棱线的位置选择外板上部和下部的冲压方向;根据拉延深度的一致性、成形性来选择外板上下部的对件相对位置。

b.内板零件四角放平,整体尽量左右对称;压16 17)料面考虑拉延深度的一致性(图 、 。

3.2 物流方向

18 19物流方向见图 、 。

3.3 双件对接方向

外板下部放在外板上部的前侧;外板上部拼焊部20 21)位朝外,便于安排模具结构双槽生产要求(图 、 。

3.4 双件对接距离

40 mm按修边线最短间距 左右对接,后盖上下板此处工艺均为直翻边,保证修边镶块的强度与镶块的安装需求。

3.5 板料

a.首选方料、梯形料或借用现有落料模;

b.次选方料刺破;

c.最后选择新开落料模。

3.6 工艺设计方案

3.6.1 OP10)拉延工序( 22拉延工序见图 。

a.单动拉延;

b.一模双槽三件;

c.外板上下部对件(一张板料,外板下部摆平放在外板上部的前侧);

d.内板一张板料(方料刺破或落料);

e. DCH在工艺补充区域(尽可能远)设置 孔冲头及深度标记。

需确认事项如下。

a.外板上下部棱形滑移值不超出R角;

b.冲击线不能达到A表面;

c. 3% 18%,料厚减薄大于 小于 确认成形性及刚性是否满足要求;

d.识别外板上部拼焊面拉延起皱及回弹风险。3.6.2 OP20)修边冲孔工序(

23修边冲孔工序见图 。

a.周圈全部修边或部分修边,外板上部激光拼焊部位必须修完;

b.部分冲孔-正冲或侧冲(根据实际情况安排,内板原则上两工序内完成全部修边和冲孔)。

需确认事项如下。

a.废料的对角尺寸最大不超过550 mm;

b.外轮廓废料刀刀刃方向布置是否合理,废料是否能顺利滑入废料滑道;

c.冲孔及天窗口废料能否滑入废料洞;

d.修边交刀点避开短翻边部位,防止因工艺豁口的存在导致包边不严或涂胶间隙大。

3.6.3 修边冲孔翻边工序( OP30)

24修边冲孔翻边工序见图 。

a.内板完成剩余修边和冲孔;

b.外板完成修边,冲孔根据实际情况安排;

c.外板激光拼焊面必须完成侧翻边,侧翻边必须带下压料;其他区域翻边可根据实际情况安排。

需确认事项如下。

a.外板上部拼焊面翻边面是否起皱及回弹,预设回弹角度;

b.外板上部天窗口废料在二序全部修边,三序天窗口上沿的孔需要钩冲(图25)。

3.6.4 OP40)翻边整形侧冲孔工序( 26翻边整形侧冲孔工序见图 。

a.内板整形(过拉延区域,涂胶支架,窗口法兰边);

b.外板完成翻边;

c.外板上部牌照灯安装面侧整形;

d.外板完成全部冲孔(牌照灯安装孔,后备箱开启按钮安装孔,倒车影像安装孔除外)。

需确认事项如下。

a.四周翻边是否有起皱或开裂风险;

b.外板上部拼焊面凹槽整形后, R面上沿是否有波浪;

c.翻边面是否满足压合角度。

4 成本优化分析 4.1 模具成本优化

分体式采用一模三件工艺,共四序模具,费用750 27 28)在 万左右(图 、 。

+ 4分体式采用一模两件工艺(内板 外板上部) 29 30), 4 8套模具(见图 、 外板下部 套模具,套模具850 .总费用在 万左右 一模三件相较于一模两件工艺,整体模具成100本降低 万元左右。

4.2 材料成本优化

外板上下部一体工艺,外板上下部利用一张板料尺寸:厚度0.7 mm,宽度1 235 mm,长度1 660 mm, 11.18 kg消耗定额为 。

外板上下部分体工艺,外板板料尺寸:厚度0.7 mm, 910 mm, 1 660 mm,宽度 长度 消耗定额为8.78 kg。

0.7 mm, 425 mm,外板下部板料尺寸:厚度 宽度长度1 260 mm,消耗定额为3.11 kg,上下板总的消11.89 kg耗定额为 。

一模三件相较于一模两件工艺,行李箱外板0.71 kg/上下部单件消耗定额降低 车,材料成本按5.8 /kg, 4.118 / 30元 约合 元 车,按车型生命周期 万123.54辆,材料成本降低 万元。

5 结束语

通过对现生产多车型后行李箱及后背门外板分体结构的工艺进行分析,并对现场常发问题进行不断积累总结,形成了三厢及两厢后盖外板的一些评审经验,在产品开发阶段对产品造型及结构设计提出了优化方案,从而实现了后盖内外板在工艺设计时一模三件的工艺方案。外板上下部一料双件不仅提高了单件的材料利用率,降低了材料成本,同时减少了模具套数,极大降低了模具投资成本,提高了设备生产效率。而后期制件常发问题的前置解决不仅缩短后期的调试周期,更是将制件无法解决的产品结构问题从根本上消AT除,极大地提高了制件的质量。&M

建议更改翻边方向2建议更改翻边方向1产品线

OP40侧冲OP20侧冲OP30侧冲

点焊

起皱

开裂

图12 D077(两厢)后背门外板下部牌照窝

冲击线

图10 两厢车后背门外板拼焊边长度 X80F A后背门级车行李箱J5LA D015后背门行李箱

弦长拱高

新速腾R凹坑 角处蛇形波浪D015

滑移线

图21 两厢车后背门外板上下部

外板外板

图25 X80F(两厢)外板上部天窗口上部孔钩冲剖面

图28 两厢车后背门内板、外板上下部

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