上汽通用五菱：汽车顶盖多配置模具共用性设计与应用
1顶盖工艺排布
1.1 传统工艺设计
某车型3种顶盖如图1所示，包含非天窗顶盖、小天窗顶盖和全景天窗顶盖。
图1 不同配置的顶盖
传统的模具成形工艺布置如图2所示。
图2 传统成形工艺布置
（1）非天窗和小天窗顶盖拉深模采用共线开发，后工序切边冲孔、翻边、整形共用1副模具，通过小天窗部位的刀块切换机构，实现不同配置顶盖的成形互换，如图2（a）所示。
（2）全景天窗顶盖由于天窗部位的型面特征，需要开发落料模，同时天窗部位的大块废料需要切断后排出工作区域，再通过整形翻边实现成形<2,3>，如图2（b）所示。
1.2 传统模具开发的不足
3种配置顶盖通过2条模具生产线实现，模具数量多，导致开发成本高。由于不同模具生产线不可避免的会有型面制造公差，将给不同配置零件装车整体质量控制带来更大风险，同时生产过程中需要更多的换模次数，造成设备生产效率降低，不利于车间的仓储场地和行车等辅助资源的调配。
1.3 新工艺设计
由于传统多配置顶盖开发工艺的不足，现以降低制造成本、提高生产效率为目的，对单一车型多配置顶盖工艺设计进行优化，从工艺设计上实现其它2种配置顶盖与全景天窗顶盖的模具共用开发，优化后的工艺设计如图3所示。
图3 新工艺设计
对全景天窗顶盖的工艺进行优化调整，具体内容及特点如下。
（1）取消全景天窗顶盖原有的落料工艺，使工序①拉深可以与非天窗/小天窗实现共用。
（2）由于全景天窗顶盖中间落料孔的取消，原有的工序②中间切边工艺也随之取消，使工序②、工序③可以与非天窗/小天窗实现共用。
（3）重新设计优化工序④工艺内容，使在同一工序中完成天窗位置的“切边+翻边+整形”，满足全景天窗顶盖开发的要求。
（4）天窗位置的废料作为整体，生产时与成品一起进行转运，最大程度地保留天窗的废料，通过废料回收利用提高材料利用率。
新工艺通过将全景天窗顶盖部分工艺与非天窗/小天窗进行合并，将原来2条不同的模具生产线合并为一条模具生产线，使总的模具开发数量由原来的9副减少为5副，最终实现3种不同配置的顶盖共用生产。
2模具结构设计
实现全景天窗顶盖配置与其它配置共用的关键是需要在同一工序中，一次性完成天窗区域的“切边+翻边+整形”内容，因此需要开发1副包含“切边+翻边+整形”全部内容的模具<4>，模具结构如图4所示。
图4 模具结构
1.上模座 2.外框压料芯 3.上切边整形刀 4.天窗压料芯 5.氮气弹簧 6.下凸模 7.天窗切断刀 8.下整形刀 9.下模座
模具成形天窗位置主要由外框压料芯2、上切边整形刀3、天窗压料芯4、下凸模6、天窗切断刀7、下整形刀8 组成，工作原理如下。
（1）下压工作过程。首先外框压料芯2和天窗压料芯4压住成形零件主体型面，然后上切边整形刀3与天窗切断刀7将成形零件天窗处废料切断。随着上模继续向下运动，上切边整形刀3与下模活动式下整形刀8共同作用将成形零件翻边整形到位，此时天窗位置的废料在天窗切断刀型面上。
（2）回程工作过程。随着上模向上运动，首先上切边整形刀3脱离下整形刀向上运动，然后天窗压料芯4与外框压料芯2分别脱离成形零件向上运动。此时下整形刀8通过底部的气缸活塞杆向上运动一定距离将成形零件顶开，供后续机械手抓取成形零件。随着上模的不断上升，机械手通过端拾器上的吸盘将成品零件与天窗位置的废料一同取出。
为了实现废料自动收集功能，在零件全部工序完成后设置了一个过渡工序，并且在此工序上设计了专用的废料收集装置，如图5所示。当零件生产时，机械手将成品零件与中间区域的天窗废料从模具中整体抓取到废料收集过渡架上<5>。由于过渡架中间与天窗废料正对的区域设置有废料收集框，此时天窗废料受重力作用掉落在过渡架上内置的废料收集框中，而成品零件通过机械手抓取到下一工序，由此实现废料与成品零件的分开收集。
图5 废料收集过渡架
3优点分析
全景天窗与非天窗/小天窗的模具共用生产线开发的优点主要体现在如下方面。
（1）降低了模具开发成本和零件生产成本。通过模具共用开发，全景天窗顶盖成形由原来的5副模具缩减为1副，不仅降低了模具的开发成本，同时由于工序数量的减少，还降低了后期的零件生产成本和模具维护成本。
（2）提高了工作效率。将成形工艺优化后，通过合理排产，只需要切换最后工序模具即可实现不同配置顶盖的生产要求，缩短了模具切换时间，提高了工作效率。
（3）提高成形零件尺寸质量的一致性<6>。由于前3个工序使用同1副模具生产不同配置的顶盖，成形零件尺寸轮廓的一致性得到了有效提高，减少焊接工装匹配差异，提高了整车质量。
（4）优化天窗废料，提高材料利用率。通过共用开发，全景天窗中间位置的废料不再需要切断成多个部分<7>，完整保留天窗位置的废料，可以使天窗废料有效应用在其它零件的生产上，提高材料利用率。
图6所示为全景天窗顶盖“切边+翻边+整形”模具及废料收集装置，通过实际应用证明优化工艺的可行性。
图6 实际应用场景
▍原文作者：曾世耀杨欢陈功宝李东生
▍作者单位：上汽通用五菱汽车股份有限公司