近年来国内汽车市场快速发展，汽车技术愈发成熟，自主品牌汽车百家争鸣，消费者对汽车的要求也越来越多样化。在满足代步需求的前提下，消费者更加注重造型的美观性、驾驶的舒适性、人机互动环境及整车安全性能等。小天窗虽已在国内各车型上普及，但其尺寸较小，与外界互动性较差，因此全景天窗应运而生。全景天窗不仅能保证车内阳光充足，而且使汽车动感十足，丰富了汽车的配置。全景天窗汽车未来的市场将更广阔，同时对外观造型提出了更高的要求，给冲压工艺和模具结构设计带来更大的挑战，现提出一种天窗加强环冲压工艺与落料拉深模的设计思路。为匹配全景天窗造型设计需求，天窗加强环一般设计成中空的框架式结构，传统工艺均采用5道冲压工序成形。图1所示为某汽车天窗加强环零件，为了降低整车制造成本，通过工艺整改将天窗加强环成形的5道工序减少为4道。图1天窗加强环1成形工艺分析1.1原工艺方案设计该汽车天窗加强环材料为B/VK，料厚1.2mm，外形尺寸为mm×mm×51mm，属于车身内覆盖件，年生产批量为20万件左右。冲压工序如图2所示，分别为落料、拉深、修边+冲孔、修边+冲孔、翻边+整形。图2原工艺方案设计

（a）落料（b）拉深（c）修边+冲孔（d）修边+冲孔（e）翻边+整形

1.2影响工序数关键步骤识别通过前期工艺方案设计，如图2（a）所示的落料工序，综合考虑零件造型特征、原材料二次利用及冲压成形可实现性，必须在拉深工序之前将矩形坯料的中间区域分割一块较大的异形板料，以满足冲压成形及材料二次利用的需求，即落料工序的作用。2优化设计思路及实施效果落料工序必须在拉深工序前完成，故将落料工序与拉深工序合并，通过控制相关模具零件的工作时序实现2个不同的冲压工序内容，最终成形天窗加强环的冲压工序数控制在4道，优化后工艺方案为落料+拉深、修边+冲孔、修边+冲孔、翻边+整形。3落料拉深模结构设计3.1落料拉深模结构介绍要实现以上工艺方案，需要在传统拉深模的下模座上集成落料凸模镶件1和镶件安装座2，如图3（a）所示，在上模座上集成落料凹模镶件8和压料板7，如图3（b）所示，这样理论上能实现落料和拉深工序在同1副模具完成。

图3模具结构

1.落料凸模镶件2.镶件安装座3.限位螺钉4.导柱5.下模座6.凸模7.压料板8.落料凹模镶件9.上模座10.导套

3.2落料拉深模工作原理落料拉深模结构如图4所示，压力机气垫带动顶杆上行，将内压边圈6及外压边圈4顶起30mm，机械手抓取矩形坯料放入下模，通过定位板定位，压力机滑块带动上模板2下行35mm时压料芯1开始压料。上模下行至30mm时，落料凹模镶件3与落料凸模镶件7完成落料，将矩形坯料分割成两部分，然后上模板2与内、外压边圈闭合开始拉深，上模下行至下止点时拉深完成。之后压力机带动上模向上运动至上止点，期间压力机气垫将内压边圈6（异形坯料位于其上）及外压边圈4（拉深件位于其上）顶起至30mm，机械手取出拉深件和异形落料料片，将其移出压力机工作区，落料拉深工序完成。图4落料拉深模结构

1.压料芯2.上模板3.落料凹模镶件4.外压板圈5.凸模6.内压边圈7.落料凸模镶件8.下模座

4修边冲孔模结构设计修边冲孔模结构如图5所示，首先机器手将拉深件放至下模，通过型面定位，感应器10感应拉深件到位后，压力机滑块带动上模向下运动，下行至距离下止点mm时导板15开始导向，距离下止点mm时导套17与导柱16精确导向，距离下止点30mm时压料芯修边镶件6开始压料，下行至距离下止点7mm时上模外圈修边镶件7、上模内圈修边镶件2分别与下模外圈修边镶件9、下模内圈修边镶件14接触开始修边，同时凸模1与凹模套13接触开始冲孔，直至模具闭合到下止点位置，修边动作完成。然后压力机滑块带动上模上行至上止点，顶料元件11将工序件顶起，机械手将其移出压力机工作区，修边冲孔工作完成。图5修边冲孔模结构

1.凸模2.上模内圈修边镶件3.上模板4.限位元件5.弹性元件6.压料芯修边镶件7.上模外圈修边镶件8.下模废料刀9.下模外圈修边镶件10.感应器11顶料元件12.下模本体13.凹模套14.下模内圈修边镶件15.导板16.导柱17.导套

5修边冲孔模设计修边冲孔模结构如图6所示，机器手将前工序件放入下模，通过定位销定位，感应器4感应零件到位后，压力机滑块带动上模向下运动，下行至距离下止点mm时导板11开始导向，距离下止点mm时导套13与导柱12精确导向，距离下止点30mm时压料芯3开始压料，下行至距离下止点7mm时上模修边镶件2与下模修边镶件6、废料刀7接触开始修边，同时凸模与凹模套接触开始冲孔，直至模具闭合到下止点位置，完成修边同时将中间废料一分为二，使废料从下模两侧分别滑入废料坑，既保证了模具结构强度又解决了废料对角线长度过长而无法滑入废料坑的问题。然后压力机滑块带动上模上行至上止点，顶料气缸8及顶料架10将工序件顶起，机械手将其移出压力机工作区，修边冲孔工作完成。图6修边冲孔模结构

1.上模板2.上模修边镶件3.压料芯4.感应器5.下模冲孔镶件6.下模修边镶件7.废料刀8.顶料气缸9.下模板10.顶料架11.导板12.导柱13.导套

6翻边整形模结构设计翻边整形模结构如图7所示，机械手将前工序件放至下模，通过定位销定位，感应器10感应零件到位后，压力机滑块带动上模向下运动，距离下止点60mm时顶料器压杆2与翻边顶料器9接触，下行至40mm时压料芯4与下模翻边镶件7开始压料，继续下行至距离下止点10mm时上模翻边镶件5与前工序件接触开始翻边，直至模具闭合到下止点位置，翻边、整形动作完成。然后压力机滑块带动上模向上运动50mm时，翻边顶料器9与零件翻边位置接触，继续向上运动使翻边区域脱离下模翻边镶件7，最后顶料元件6将零件顶起，机械手将其移出压力机工作区，翻边整形工作全部完成。图7翻边整形模结构

1.弹性元件2.顶料器压杆3.上模板4.压料芯5.上模翻边镶件6.顶料元件7.下模翻边镶件8.下模本体9.翻边顶料器10.感应器11.导板

落料拉深模工作稳定，生产的拉深件和异形落料料片分别如图8（a）、（b）所示，最终成形的天窗加强环质量良好，如图8（c）所示，说明优化后的工艺合理可行。

图8实际生产的天窗加强环

▍原文作者:赵丹鲁翔王祥赵月欣陈玉杰范海勤张延阳单慧云高兴福

▍作者单位：长安汽车合肥研究院

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