汽车全景窗口模具结构优化

汽车全景窗口模具结构优化

0全景天线顶盖汽车更容易造成车内阳光充足近年来，随着汽车suv市场的快速发展，两辆车的全景车已越来越受消费者和汽车设计师的喜爱。配备全景汉田环的汽车不仅可以确保车辆的阳光充足，还可以充满活力。伴随消费群体的年轻化及个性化,带全景天窗的汽车市场未来将更为广阔,对外观造型也提出了更多的要求,给冲压工艺和模具结构设计带来更大的挑战,现提出一种全景天窗车顶冲压工艺优化方法及其模具结构设计要求。1翻边材料图1所示为某汽车全景天窗车顶示意图,天窗长宽为1245mm×910mm,内侧天窗正翻边、两侧侧翻边为激光焊接边,翻边面与A面标准夹角为45°,材料为CR180B2,料厚0.65mm,内外侧翻边线Y向最小距离D=92mm。全景天窗车顶面积大,相对传统小天窗或无天窗车顶,基于4道冲压工序及模具结构的限制,成形零件的回弹及尺寸一致性更难控制,增加了模具制造的难度。1.1回弹过程及回弹模拟全景天窗车顶相对于无天窗、小天窗的车顶,零件中部挖空多,且该区域产品弧度扁平,使材料在成形过程中难以充分变形。其难点在于大天窗区域经过天窗翻边和两侧侧翻边后,零件表面会产生轻微的凸凹塑性变形,造成回弹量难以控制以及尺寸一致性差的问题,最终导致成形零件质量不符合要求,增加模具整改难度和降低零件批量生产过程中的稳定性。翻边回弹产生的机理主要是由于翻边时,压料面压力难以达到均匀及足够的压料力,翻边组件向下运行过程中会使成形零件外表面产生面变形,当压料力释放后,塑性变形使成形的零件产生回弹。控制翻边回弹的方法有很多,如过拉深,减小翻边量;增加工艺缺口,释放部分应力;型面设计回弹补偿;改变翻边镶件的刃入时序等。为了保证最终零件的成形质量,现从冲压工艺排布优化分别分析天窗内外侧分工序翻边和同工序翻边的回弹情况。(1)分工序翻边。天窗废料尺寸较大,不能在一道工序中完全切除,只能在第2道工序中分块切除一部分废料,在第3道工序中切除所有废料及天窗全周翻边,在第4道工序中两侧侧翻边,模拟工具体设置为全型面压料,分工序模拟成形零件自由状态回弹结果如图2所示。(2)同工序翻边。在第4道工序中两侧侧翻边及天窗全周翻边,预留2道工序修切天窗废料,在第2道工序中第1次修边,在第3道工序中第2次修天窗残余废料,模拟工具体设置为全型面压料,同工序模拟成形零件自由状态回弹结果如图3所示。对上述2种成形工艺方案的零件自由状态回弹量进行线性拟合,拟合结果如图4所示,由图4可知,同工序翻边回弹量变化斜率小,回弹量上、下偏差小,有利于补偿数据以及精度的控制,减少模具调试工作量和开合模时间。1.2区域冲压工艺的优化合理的冲压工艺取决于成形零件的质量稳定性。根据上述模拟分析结果,将全景天窗两侧及天窗区域的冲压工艺优化为:(1)拉深成形;(2)两侧正修边,二次切断废料,保留天窗中间段废料,整修上、下端面;(3)修切天窗残留废料,此时掉落废料空间大,结构简单;(4)侧翻两侧激光焊接边,下压料板正翻天窗周边。优化后的工序如图5所示。2模具结构方案比选旋转斜楔相对推拉斜楔、双动斜楔等,具有空间体积小、结构紧凑、结构强度好等优点,广泛应用于空间位置紧凑的汽车覆盖件侧翻边与其他工艺组合的模具中,能有效缩小模具整体结构尺寸,降低模具制造成本。旋转斜楔分为定轴径和变轴径2种类型,其中变轴径对于车顶、侧围长轴类零件更具有设计柔性。为解决全景天窗四角翻边后的表面缺陷问题,周边成形采用下压料板带料翻边结构,正翻边刀块与下压料板夹住板料以控制翻边位置的材料流动状态,防止翻边波纹的产生,同时,翻边过程中上压料板和下压料板形成力的平衡,使翻边变形充分,达到改善A面成形质量的目的,如图6所示。综上分析并结合零件自身内外侧翻边距离D较窄的特点,第4道工序内外侧翻边模结构设计如下。(1)天窗翻边。直翻边+翻边顶料器+下压料板成形天窗翻边。(2)激光焊接面侧翻边。经对比,旋转斜楔结构为最好的方案。激光焊接车顶内外侧翻边设计要求:(1)正翻翻边高度a=15mm;(2)零件取料线距固定凸模分模线空间要求最小为5mm,使零件负角区域能顺利脱模;(3)侧翻压料面宽度最小为15mm;(4)旋转斜楔盖板厚度最小为12mm;(5)直翻边避让空间最小为25mm。翻边结构断面如图7所示。3螺母结构3.1个斜叉结构的变化旋转轴是旋转斜楔的核心,其摆放位置是最先需要确定的,一旦轴心改变,则整个斜楔结构都会随之改变。旋转轴的摆放位置由冲压零件形状及其具有冲压负角的侧翻边区域在冲压坐标系中的状态决定,按照接近设计原则,旋转轴与翻边轮廓线前后侧端点连线平行,其模具结构设计空间最优,确定摆放角度为3°,如图8所示。3.2旋转轴线计算区域按照四向危险点确认原则,基于确定的旋转轴摆放方式,侧向视角筛选出该轴上下左右4个方向的极点位置,如图9所示。通过4个点作旋转轴线的法向面,求该法向面与零件的交线。分析3段交线上各段的垂直线,求出旋转轴心可行区域,如图10所示。根据旋转轴设计标准和最高点位置压料范围,初步确定旋转轴的轴半径。3.3酶特点表1模具结构示意图如图11所示,采用同轴心、变轴径设计方法,设计的翻边结构断面如图11中A-A所示,在最窄区域旋转半径为R155mm;固定凸模盖板细长区域(圆圈处)宽度为14mm;内侧翻边结构设计高度为50mm,包括:15mm(零件翻边高度)+10mm(零件结构避让空间)+15mm+10mm(结构避让空间);侧翻边有效压料区为32mm,零件取料空间大于5mm。结合模具设计要求和现场经验,该方案符合模具结构强度、功能需求,天窗内外侧同工序翻边结构可行。4模具翻边结构空间全景天窗内侧翻边与外侧侧翻边同工序成形方案,有利于减少零件回弹量和保证成形尺寸的一致性。根据模具结构强度、功能设计要求,在零件内外侧翻边线Y向最小距离D=92mm