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工 业 技 术
顶盖是汽车上最大的外覆盖件之一，其质量的好与坏直接影响到整车的外观和质量，而顶盖的天窗周边的外观质量和尺寸精度则是生产中最难以解决的问题。顶盖天窗周边瘪塘、波浪影响顶盖的外观质量；天窗周边与顶盖玻璃面差则会导致行驶中产生噪音和震动现象，同时造成车内噪音增加。本文对顶盖天窗冲压及总成结构进行了分析，并结合上海汽车R350/MG5在顶盖模具设计和调试中的成功经验，为了解决这些冲压缺陷从模具设计、模具结
构、冲压工艺等方面进行了讨论。
1  天窗的冲压及总成工艺方案
1.1天窗翻边类型及优缺点
根据天窗翻边造型不同，顶盖天窗分为直翻边和带台阶翻边，具体见图1。
优缺点分析:
直翻边与带台阶翻边相比，直翻边的优点是翻边后不需要整形直接翻边即可，模具结构简单、开发费用较低；直翻边缺点是由于天窗翻边平直、天窗周边型面有一
定的弧度、翻边面上没有筋线造型，造成天
窗周边强度低，翻边后由于内应力作用，易造成天窗周边外表面波浪、翻边面波浪、四角产生瘪塘、天窗前后Z 向尺寸超差，主要外观缺陷见图2。
1.2天窗与天窗加强板结构连接方式及优缺点
根据天窗天窗与天窗加强板的连接方式不同，分为焊接式和包边式，具体见图3。
优缺点分析:
焊接式和包边式相比，焊接式通常可以由一副焊接夹具、两把焊即可完成天窗总成的焊接，但包边式需要1副夹具先进行焊接，然后再需要1幅包边模、1台包边压机对天窗周边进行包边。焊接式优点是焊接生产工艺简单、生产效率高、设备一次性投入少、通用性强、焊接工装易于调整，缺点是焊接时在焊点对应的表面部位容易产生焊接瘪塘、四角容易产生瘪塘、天窗翻边焊点产生表面缺陷、天窗周
边强度差、窗机安装后不易产生装配瘪塘。包边式的优点是天窗周边强度大，窗机安装后不易产生装配瘪塘，缺点是一次性投入大，此种结构通常用于中高档轿车上。
1.3天窗顶盖冲压工艺方案分析
汽车车顶天窗的成形工艺路线为：拉延→冲孔→翻边→斜楔翻边。对于天窗顶盖来说，一般流行增加天窗孔但不增加模具数量的方案，虽然节约了模具成本，但容易在天窗的四个角部产生外观变形。带天窗顶盖与不带天窗顶盖的工序内容区别在于：增加针对天窗的冲孔和翻边2个工序内容。对于顶盖天窗的工艺方案，一般比较经济的方案是：天窗冲孔及翻边和不带天窗的模具共用，天窗冲孔、翻边的凸模可以用活动的冲孔、翻边凸模来实现两种状态零件的相互转换；另一种方案是，在最后增加一套模具用于天窗部位的翻边。
为了控制开发成本，目前经济形轿车天窗普遍采用直翻边、焊接式、天窗和非天窗共模生产，如上海汽车的R350/MG 5，为了控制冲压件及总成表面质量及装配缺陷，需在产品开发阶段对天窗翻边造型、模具型面、模具工艺、焊接夹具进行了必要的预防和纠正措施。
2  顶盖天窗模具设计及冲压工艺分析
如图4，在天窗外框翻边时，棱线翻边属于压缩类翻边[1]，由于棱线区域外区(1)切向伸长，制件受模
具作用，沿棱线方向收缩受到牵制，产生拉应力；内区(2)切向缩短，沿棱线方向产生压应力。翻边结束后，沿棱线方向应力释放，使棱线区域外区收缩、内区延伸，结果使棱线凹曲，造成了翻边棱线
汽车顶盖天窗结构分析及模具设计
韩军祥
(南京汽车集团有限公司冲压生产部  江苏南京  21003
7
)
摘 要：对汽车顶盖天窗冲压结构及优缺点进行分析，对模具采用回弹补偿、使用垫板翻边、翻边高度过渡平顺等方法进行了分析探讨，解决顶盖天窗型面回弹、刚性不足、尺寸偏差、表面瘪塘等缺陷，保证顶盖天窗外观质量和尺寸精度。关键词：天窗结构
回弹补偿  翻边托料板
翻边间隙
中图分类号:TG386.32
文献标识
码:A 文章编号:1672-3791(2013)11(b)-0096-02
直翻边带台阶翻
图1 天窗翻边剖面图
图2 天窗常见缺陷
图3 天窗与加天窗加强板的连接方式
图4 翻边应力分析图
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中部及其周围区域瘪塘及尺寸偏差。
在圆角处翻边时，属于典型的内孔翻边，圆角外区(3)切向收缩，产生压应力；内区(4)切向伸长，产生拉应力。翻边结束后，应力释放，使翻边圆角外区延伸、内区压缩，造成了圆角处区域的翘曲及瘪塘[2]。
针对上述缺陷生产的原因分析，结合以往其它车型天窗顶盖开发和软模试制中发现的问题，吸取模具调试和装车匹配过程中的经验和教训，经过现场多次实际调试、验证，上海汽车R350和MG5采用了如下冲压工艺方案后很好的解决了天窗周边制件表面质量和型面尺寸偏差问题。2.1型面尺寸补偿工艺
汽车顶盖一般面积较大且表面光滑无加强
筋
，顶
盖
的
材料厚度一般为0.6～1.0mm，最优先为0.7mm左右[3]，零件拉延深度浅、刚性差，由于零件自身重力作用及冲压回弹因素导致顶盖中间部位自然下陷，与零件数模的理论值相比一般能相差1.5～2.5mm，如果在实际生产中不予以解决将严重影响汽车外观质量和后续装配。为了预防此问题的发生，在冲压模具设计阶段即采用型面尺寸工艺补偿工艺，对零件型面尺寸在拉延模开始即进行尺寸补偿。2.2翻边过渡平顺
为了解决天窗四角瘪塘缺陷，在R350模具调试过程中，经过多轮调试、验证，在保证天窗玻璃开启时前部扰流板的限位条件下，经过改变前角过渡翻边切边造型，减小翻边后的内部应力，成功的消除了天窗翻边后的左右前角瘪塘缺陷，切边结构对比见图5。
2.3天窗翻边模增加下托料板(见图6）
R350天窗周边顶盖型面尺寸在前期调试时Z向尺寸偏差较大，原有模具结构无法整改到位，后与模具专家进行多次技术交流，并经过多次CAE模拟分析，决定在OP30天窗翻边工序下模增加翻边托料板，通过翻边时产生类似“压边力”以增加零件的塑性变形、减小回弹量，减少翻边后的天窗周边型面Z向回弹，从而保证冲压单件天窗周边的型面尺寸。
通过C A E 模拟分析次应力的大小判断表面压应力的分布，间接的判断潜在表面缺陷的可能性。从C A E 次应力分析结果来看，第二种(中间压料，角部不压料)分析的结果相对较好。经过现场模具精调，配
合天窗前角翻边造型更改，有效的改善了天窗周边Z 向尺寸偏差和天窗左右前角瘪塘的问题，保证了天窗顶盖总成的尺寸精度和表面质量。
2.4使用镶块式翻边凸模（见图7）
由于天窗的周边型面刚性差，通过CAE进行工艺尺寸补偿往往仍旧无法做到实际产品与零件数模理论尺寸完全一致，但是一旦模具型面数控加工完成之后，零件尺寸也基本确定下来，后期尺寸调整空间有限。R350初期模具调试时天窗前部Z尺寸低约1.8，天窗翻边波浪严重，由于模具设计时翻边凸模为整体式，无法通过调整翻边间隙减轻Z向尺寸和翻边波浪状态。经过多次技术讨论分析并经过在原整体凸模上使用贴胶带减小翻边间隙增加摩擦力的方法进行验证后确认方案可行，后来重新加工一个镶块式翻边凸模，通过减小前部和侧面翻边间隙，优化了天窗前部尺寸和翻边波浪。
3  结论
顶盖天窗结构及模具设计是影响天窗顶盖表面质量和尺寸质量的最主要因素,R350/MG 5天窗顶盖通过采用以上工艺方案，取得了良好的质量效果:
(1)顶盖单件天窗周边Z向尺寸偏差由开始的1.8mm减小到目前的0.8mm左右，天窗周边型面度控制在±0.5之内，有效保证了顶盖天窗型面与天窗玻璃型面的尺寸匹配精度。
(2)解决了顶盖天窗周边表面质量问题，提升产品的外观质量，降低了后续表修工作量。
(3)通过对顶盖天窗的冲压工艺探索，为以后类似零件的开发提供了现实依据，并可在此基础上不断完善和提高顶盖天窗的制造工艺水平。
参考文献
[1]张朝阁.翻边工艺的试验研究机数据模
拟[D].江西：南昌大学,2005.
[2]肖寿仁，李军，周燕辉.汽车车顶天窗成
形工艺及翻边回弹补偿分析[J].热加工工艺,2012,41(5).
[3]牛洪亮.轿车顶盖冲压工艺[J].生产现
汽车天窗
场,2007(5).
图5 天窗前角翻过翻边轮廓更改前后对比
O P 30天窗翻边模下托料板及天窗切边轮廓
翻边后的前角表面质量状态图6：R 350天窗翻边下P A D 结构及零件翻边质量
原翻边凸模为整体式改造后翻边凸模为镶块式
图7 天窗翻边凸模结构
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