近年來國內汽車市場快速發展，汽車技術愈發成熟，自主品牌汽車百家爭鳴，消費者對汽車的要求也越來越多樣化。在滿足代步需求的前提下，消費者更加註重造型的美觀性、駕駛的舒適性、人機互動環境及整車安全效能等。小天窗雖已在國內各車型上普及，但其尺寸較小，與外界互動性較差，因此全景天窗應運而生。全景天窗不僅能保證車內陽光充足，而且使汽車動感十足，豐富了汽車的配置。全景天窗汽車未來的市場將更廣闊，同時對外觀造型提出了更高的要求，給衝壓工藝和模具結構設計帶來更大的挑戰，現提出一種天窗加強環衝壓工藝與落料拉深模的設計思路。
為匹配全景天窗造型設計需求，天窗加強環一般設計成中空的框架式結構，傳統工藝均採用5道衝壓工序成形。
圖1
所示為某汽車天窗加強環零件，為了降低整車製造成本，透過工藝整改將天窗加強環成形的5道工序減少為4道。
圖1
天窗加強環
1
成形工藝分析
1。1
原工藝方案設計
該汽車天窗加強環材料為B280/440VK，料厚1。2 mm，外形尺寸為1 685 mm×1 120 mm×51 mm，屬於車身內覆蓋件，年生產批次為20萬件左右。衝壓工序如
圖2
所示，分別為落料、拉深、修邊+衝孔、修邊+衝孔、翻邊+整形。
圖2
原工藝方案設計
（a）落 料 （b）拉 深 （c）修邊+衝孔 （d）修邊+衝孔 （e）翻邊+整形
1。2
影響工序數關鍵步驟識別
透過前期工藝方案設計，如
圖2
（a）所示的落料工序，綜合考慮零件造型特徵、原材料二次利用及衝壓成形可實現性，必須在拉深工序之前將矩形坯料的中間區域分割一塊較大的異形板料，以滿足衝壓成形及材料二次利用的需求，即落料工序的作用。
2
最佳化設計思路及實施效果
落料工序必須在拉深工序前完成，故將落料工序與拉深工序合併，透過控制相關模具零件的工作時序實現2個不同的衝壓工序內容，最終成形天窗加強環的衝壓工序數控制在4道，最佳化後工藝方案為落料+拉深、修邊+衝孔、修邊+衝孔、翻邊+整形。
3
落料拉深模結構設計
3。1
落料拉深模結構介紹
要實現以上工藝方案，需要在傳統拉深模的下模座上整合落料凸模鑲件1和鑲件安裝座2，如
圖3（a）
所示，在上模座上整合落料凹模鑲件8和壓料板7，如
圖3（b）
所示，這樣理論上能實現落料和拉深工序在同1副模具完成。
圖3
模具結構
1。落料凸模鑲件 2。鑲件安裝座 3。限位螺釘 4。導柱 5。下模座6。凸模 7。壓料板 8。落料凹模鑲件 9。上模座 10。導套
3。2
落料拉深模工作原理
落料拉深模結構如
圖4
所示，壓力機氣墊帶動頂杆上行，將內壓邊圈6及外壓邊圈4頂起30 mm，機械手抓取矩形坯料放入下模，透過定位板定位，壓力機滑塊帶動上模板2下行35 mm時壓料芯1開始壓料。上模下行至30 mm時，落料凹模鑲件3與落料凸模鑲件7完成落料，將矩形坯料分割成兩部分，然後上模板2與內、外壓邊圈閉合開始拉深，上模下行至下止點時拉深完成。之後壓力機帶動上模向上運動至上止點，期間壓力機氣墊將內壓邊圈6（異形坯料位於其上）及外壓邊圈4（拉深件位於其上）頂起至30 mm，機械手取出拉深件和異形落料料片，將其移出壓力機工作區，落料拉深工序完成。
圖4
落料拉深模結構
1。壓料芯 2。上模板 3。落料凹模鑲件 4。外壓板圈 5。凸模 6。內壓邊圈 7。落料凸模鑲件 8。下模座
4
修邊衝孔模結構設計
修邊衝孔模結構如
圖5
所示，首先機器手將拉深件放至下模，透過型面定位，感應器10感應拉深件到位後，壓力機滑塊帶動上模向下運動，下行至距離下止點280 mm時導板15開始導向，距離下止點200 mm時導套17與導柱16精確導向，距離下止點30 mm時壓料芯修邊鑲件6開始壓料，下行至距離下止點7 mm時上模外圈修邊鑲件7、上模內圈修邊鑲件2分別與下模外圈修邊鑲件9、下模內圈修邊鑲件14接觸開始修邊，同時凸模1與凹模套13接觸開始衝孔，直至模具閉合到下止點位置，修邊動作完成。然後壓力機滑塊帶動上模上行至上止點，頂料元件11將工序件頂起，機械手將其移出壓力機工作區，修邊衝孔工作完成。
圖5
修邊衝孔模結構
1。凸模 2。上模內圈修邊鑲件 3。上模板 4。限位元件 5。彈性元件 6。壓料芯修邊鑲件 7。上模外圈修邊鑲件 8。下模廢料刀 9。下模外圈修邊鑲件 10。感應器 11頂料元件 12。下模本體 13。凹模套 14。下模內圈修邊鑲件 15。導板 16。導柱 17。導套
5
修邊衝孔模設計
修邊衝孔模結構如
圖6
所示，機器手將前工序件放入下模，透過定位銷定位，感應器4感應零件到位後，壓力機滑塊帶動上模向下運動，下行至距離下止點160 mm時導板11開始導向，距離下止點130 mm時導套13與導柱12精確導向，距離下止點30 mm時壓料芯3開始壓料，下行至距離下止點7 mm時上模修邊鑲件2與下模修邊鑲件6、廢料刀7接觸開始修邊，同時凸模與凹模套接觸開始衝孔，直至模具閉合到下止點位置，完成修邊同時將中間廢料一分為二，使廢料從下模兩側分別滑入廢料坑，既保證了模具結構強度又解決了廢料對角線長度過長而無法滑入廢料坑的問題。然後壓力機滑塊帶動上模上行至上止點，頂料氣缸8及頂料架10將工序件頂起，機械手將其移出壓力機工作區，修邊衝孔工作完成。
圖6
修邊衝孔模結構
1。上模板 2。上模修邊鑲件 3。壓料芯 4。感應器 5。下模衝孔鑲件 6。下模修邊鑲件 7。廢料刀 8。頂料氣缸 9。下模板 10。頂料架 11。導板 12。導柱 13。導套
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翻邊整形模結構設計
翻邊整形模結構如
圖7
所示，機械手將前工序件放至下模，透過定位銷定位，感應器10感應零件到位後，壓力機滑塊帶動上模向下運動，距離下止點60 mm時頂料器壓桿2與翻邊頂料器9接觸，下行至40 mm時壓料芯4與下模翻邊鑲件7開始壓料，繼續下行至距離下止點10 mm時上模翻邊鑲件5與前工序件接觸開始翻邊，直至模具閉合到下止點位置，翻邊、整形動作完成。然後壓力機滑塊帶動上模向上運動50 mm時，翻邊頂料器9與零件翻邊位置接觸，繼續向上運動使翻邊區域脫離下模翻邊鑲件7，最後頂料元件6將零件頂起，機械手將其移出壓力機工作區，翻邊整形工作全部完成。
圖7
翻邊整形模結構
1。彈性元件 2。頂料器壓桿 3。上模板 4。壓料芯 5。上模翻邊鑲件 6。頂料元件 7。下模翻邊鑲件 8。下模本體 9。翻邊頂料器 10。感應器 11。導板
落料拉深模工作穩定，生產的拉深件和異形落料料片分別如
圖8（a）
、（b）所示，最終成形的天窗加強環質量良好，如
圖8（c）
所示，說明最佳化後的工藝合理可行。
圖8
實際生產的天窗加強環
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原文作者：
趙丹
魯翔
王祥
趙月欣
陳玉傑
範海勤
張延陽
單慧雲
高興福
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作者
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長安汽車合肥研究院