三厢车顶盖流水槽工艺分析与模具设计

随着国内汽车市场竞争的日趋激烈，为了满足市场的不同需求，各种性能和用途的车型不断推陈出新，尤其对三厢车的开发更为青睐。从市场的销售数据显示，节能与新能源汽车的研制也倾向于三厢车的开发与制造，三厢车的顶盖相比于两厢车顶盖增加了尾部流水槽的造型，尤其是带天窗结构的三厢车顶盖，在模具开发过程中，需要制定更多的工序和复杂的模具结构。目前流水槽的成形质量已经成为整个顶盖模具设计的关键。

目前各个主机厂开发出的流水槽造型在功能和用途上基本相同，只是形状和尺寸有所区别，根据AUTOFROM成形分析、工艺方案规划、模具结构设计、加工和钳工调试以及开发成本方面综合考虑，总结出以下4种针对流水槽的成形方案，分别为：流水槽下整形、流水槽斜楔侧翻、流水槽斜楔上翻与整形、流水槽下压料器上翻与整形。

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零件成形工艺分析

（a）三厢车顶盖

（b）流水槽

图1 三厢车顶盖及尾部流水槽

现以某三厢车顶盖为例，如图1所示，介绍顶盖尾部流水槽的成形工艺。

首先从顶盖的整个成形工艺进行分析，参考较为成熟的顶盖成形工艺，将顶盖的成形工艺方案定为5道工序：①拉深；②整形、修边；③修边、侧整形；④修边、冲孔；⑤上翻（上整形）。

（a）零件

（b）拉深

（c）整形、修边

（d）修边、侧整形

（e）修边、冲孔

（f）上翻（上整形）

图2 A-A尾部流水槽工序截面示意图

图2（b）所示为顶盖拉深工序尾部流水槽截面，考虑到拉深成形性，对流水槽的工艺补充面进行模糊化处理。

图2（c）所示为整形、修边工序的流水槽截面，采用整形镶件对尾部局部区域整形，目的在于通过整形使流水槽尾部与最终零件的轮廓形状相符。图2（d）所示为修边、侧整形工序尾部流水槽侧整截面，由于流水槽无法一次成形，此工序只能对流水槽的部分型面进行整形，为下道工序的流水槽废料切除做准备。图2（e）所示为修边、冲孔工序尾部流水槽修边截面，该工序主要切除尾部流水槽外侧多余的废料。图2（f）所示为上翻（上整形）尾部流水槽上整形截面，该工序尾部主要通过上整形对流水槽进行最终成形。

由以上工序可知，对成形顶盖尾部流水槽主要在工序③和工序⑤，流水槽处多种成形工艺与结构的区别，主要就在于工序③和工序⑤。

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尾部流水槽成形工艺及结构对比

现将流水槽处的上翻（或整形）工艺分为4种方案：①上模镶件将流水槽直接整形；②采用液压缸斜楔将流水槽处侧翻成形；③用反向斜楔将流水槽处上翻或上整形；④用下模压料器将流水槽处上翻或上整形。上翻（或整形）工序⑤有多种方案，相应的修边、侧整形工序③也进行更改，而工序①②④不更改。

图3 方案①工序③流水槽示意图

方案①修边、侧整形工序③将流水槽处整形后设在零件的上方，如图3所示；下整形工序⑤直接将零件整形到位，如图4所示。

图4 方案①工序⑤流水槽示意图

该结构较为常见，结构简单、成本低，且钳工研配工作量也少，但工序⑤整形时板料处于自由状态，整形后板料品质不理想且不稳定。其主要动作过程为：上模座随压力机滑块下行，压料器接触板料压料，然后上模整形镶件接触板料，开始整形，最终模具闭合，整形完成，结构如图5所示。

图5 整形模结构

1.上模座 2.压料器 3.氮气弹簧 4.整形镶件 5.下凸模 6.下模座 7.下凸模 8.导向块

方案②修边、侧整形工序③将流水槽处整形后设在零件的下方，如图6所示，上翻（或整形）工序⑤直接将零件侧翻到位，如图7所示。

图6 方案②工序③流水槽示意图

图7 方案②工序⑤流水槽示意图

该结构较新颖，采用液压缸斜楔翻边，采购与安装方便、斜楔角度可任意调节。主要动作过程为：上模座随压力机滑块下行，压料器接触板料后压料，通过液压缸活塞推着滑块侧向运动，运动到镶件接触板料，开始侧翻边，最终模具闭合，侧翻边完成。需要注意的是翻边处压料器需要采用镶件结构，镶件要采用7CrSiMnMoV或GGG70L材料，结构如图8所示。

图8 侧翻模结构

1.氮气弹簧 2.压料器 3.镶件 4.上模座 5.下凸模 6.镶件 7.液压缸 8.滑块 9.管线 10.主动缸 11.下模座

方案③修边、侧整形工序③将流水槽处整形后设在零件的下方，如图9所示，上翻（或整形）工序⑤通过下压料器将零件上翻到位，如图10所示。

图9 方案③工序③流水槽示意图

图10 方案③工序⑤流水槽示意图

该结构采用一般的反向斜楔上翻，可采用几个标准反向斜楔组合上翻，也可以采用成本较低的自制反向斜楔上翻，现主要介绍自制反向斜楔上翻。其主要动作过程为：上模座随压力机滑块下行，压料器接触板料压料，然后上翻斜楔驱动块接触上翻斜楔水平滑块，上翻斜楔开始运动，上翻斜楔镶件接触板料，开始上整形（上翻），最终模具闭合，斜楔上整形（上翻）完成，结构如图11所示。

图11 反向斜楔上翻模结构

1.上模座 2.压料器 3.氮气弹簧 4.镶件 5.下模座 6.下凸模 7.上翻斜楔镶件 8.上翻斜楔上凸块 9.上翻斜楔水平滑块 10.上翻斜楔驱动块

方案④修边、侧整形工序③将流水槽处整形后设在零件的下方，如图12所示，上翻（或整形）工序⑤通过斜楔将零件上翻到位，如图13所示。

图12 方案④工序③流水槽示意图

图13 方案④工序⑤流水槽示意图

该结构主要采用下压料器达到上翻，需增加较多的氮气缸提供压力；其主要动作过程为：上模座随压力机滑块下行，上压料器接触下压料器，然后下压料器氮气缸活塞压缩，下压料器下行，运动到上翻镶件接触板料，开始翻边，下压料器到位，上翻边完成；上模继续下行，然后上压料器氮气缸活塞压缩，开始工作，最终模具闭合，结构如图14所示。

图14 下压料器上翻模结构

1.上压料器 2.上压料器氮气缸 3.上模座 4.下模座 5.下压料器氮气缸 6.下压料器 7.上翻镶件

通过对比，同一顶盖的尾部流水槽均可采用以上4种工艺方案成形，在设计时一方面要满足汽车企业客户的要求，另一方面也要考虑模具的制造成本、设计、加工、调试及零件的成形质量。通过综合考虑，制定出满足客户的最优工艺和结构设计方案。表1所示是4种成形工艺方案的对比。