电动轿车通道冲压工艺及模具设计

韩耀东，韩明彦

武汉中人瑞众汽车零部件产业有限公司（湖北武汉 430073）

1 引言

中国汽车工业发展的历史虽然不是很久，但国内汽车产品的品种和数量庞大，发展惊人。不断更新和改善的动力总成、美观大气的外观设计、轻量化的车身结构，大大提升了整车的性能指标，满足了广大消费者的购买需求。虽然整个车身的宏观结构相似，但具体细节又各有不同。其中，通道的结构也多种多样，根据结构和功能需要，通常有整体式和分体式2种结构形式，如图1所示。

图1 通道结构图

通道一般是由高强度板冲压成形，它是车身骨架的一个重要构件，其功能主要有：增加车身的强度和刚度（特别是地板的强度和刚度），提高整车性能和提供部分车辆元器件安装空间的功能。通道的尺寸精度对整个车身焊接的几何尺寸影响至关重要，所以对通道冲压件的工艺进行深入的研究非常必要，其制件的质量状态和制造成本又与冲压成形工艺和工艺装备、生产成本、生产效率等密切相关。

2 制件介绍

图1b 所示制件是某电动汽车的通道和通道后部的制件图，材料HC280/450DPD+Z，t=0.72mm。因为电动车的前地板总成中间有一个容纳电池组的电池箱空间结构，所以通道被分割成为2体结构（通道和通道后部），前地板总成是由通道和通道后部等冲压件焊接而成，如图2所示。

通道的截面一般为U型结构，主要是为了增加地板的强度和刚度，U型槽同时具备一定的装配容积功能，通道属于典型的车身结构件。从制件的使用要求分析，制件的几何尺寸要求很高，与两侧的座椅横梁都有搭接关系，尺寸如果变化较大，会影响侧围的焊接尺寸，甚至直接影响整个白车身的焊装效果。制件的刚性也非常重要，整车刚度是轿车重要性能指标之一，刚度不足会造成车身及早出现疲劳破坏，所以说通道总成的刚度非常重要。

图2 前地板总成

3 工艺分析

根据制件的特点，分别对通道和通道后部分别进行了初步的工艺分析：

（1）通道的冲压工艺为：①拉伸；②修边；③整形；④侧修边整形冲孔；⑤冲孔侧冲孔，共5道工序，具体方案如图3所示。

（2）通道后部的冲压工艺为：①拉伸；②修边；③整形；④侧修边冲孔，共4道工序，具体方案如图4所示。

（3）虽然上述工艺方案简化可行，但考虑到2个制件均为U型结构，且原材料规格（材料牌号和厚度）相同，为节约原材料、简化冲压工序和生产流程，决定将2个制件合并在一起冲压，具体的合并拼接方案如图5所示。

制件改进后的冲压工艺如图6所示。

图3 通道的冲压工序图

图4 通道后部的冲压工序图

图5 通道和通道后部的合并拼接图

图6 通道和通道后部合并后的冲压工序图

这样将原来的9 道工序合并为5 道工序，原材料消耗由3.2565kg 降为2.9606kg。经过工艺改进和合理拼接优化后，总工序减少4 序，毛坯减少0.2959kg，一次冲压出2个制件，生产流程更简化，采用多工位机械手生产，效率更高，大大降低了生产成本。

4 合并后的通道和通道后部CAE模拟分析

（1）成形性分析（分第一次拉伸和第二次拉伸2道工序分析），如图7所示。

从分析结果显示，产品最终成形性分析，评估的结果是材料成形性较好。局部有少许变薄情况，需要优化制件的型面和圆角，制件的回弹较大，需要模具型面补偿和模具侧整形，以及模具拉伸筋的合理运用。

（2）材料的变薄率分析，CAE分析报告显示，材料的最大变薄率为18.5%t（≤20%t），基本满足拉伸要求，如图8所示。

图7 第一、二次拉伸CAE模拟分析报告

图8 材料的变薄率图

（3）制件成形的起皱分析，最大起皱量为0.027mm，基本不起皱，满足成形要求，如图9所示。

图9 材料起皱分析图

（4）制件成形时的回弹量分析显示，最大回弹量为12.51mm 左右，整个制件的回弹量都较大，在模具设计时，需要根据回弹量修正模具的型面数模，增设双拉伸筋，还需要利用侧整形工序控制制件的回弹，以满足制件的最终成形要求，具体回弹量如图10 所示。

图10 制件的回弹量分析图

5 模具设计

根据已经确定的冲压工艺和优化后的数模，进行模具结构设计。具体模具结构如图11所示（5副模具）。

图11 模具图

该模具的设计是将2个制件合并在一起冲压，在最后一序侧整形侧修边分离成为通道和通道后部2个制件，通过合并生产，模具数量减少接近一半，生产工序更加浓缩和简化，节约了原材料，冲压过程采用多工位机械手取、放制件，满足了快捷生产模式的需要。在模具结构设计的时候，注意上、下模型面对制件的脱模要求（可以考虑加内顶销），确保制件停在下模又不卡在下模，以方便机械手抓取制件。各工序的模具，需要考虑好制件定位的方案。定位一般分为粗定位和精定位两种，也可以是其中的一种，具体情况根据需要选用，主要是要方便机械手取放制件和满足制件定位的可靠性。冲压废料要求能自动滑出，废料长度按模具设计标准取值，不能过长，避免地沟废料线卡堵。

模具设计说明：图11 中的OP10/OP20 分别是第一次拉伸模和第二次拉伸模，它们均采用导向腿导向（为适应多工位生产，导向腿放置在上模，避免与多工位机械手的搬运曲线干涉），凹模和压边圈采用合金钢镶块结构，并且表面进行TD 处理。在第二次拉伸时，模具使用了延时气缸系统，防止制件在开模时压变形。模具设置了双拉伸筋，对制件的回弹及变形控制与调整有好处。OP30 修边整形模具，采用倒装导柱导套导向，修边制件的周边及对法兰面进行整形；OP40 侧修边冲孔模具，采用倒装导柱导套导向，侧修边力量双向对称，理论上不存在侧向力的影响，不会影响冲裁精度；OP50 侧整形侧修边切断，模具采用倒装导柱导套和导向腿复合导向，提高和加强模具的导向精度，侧整形模的驱动机构（60°角的斜面）直接在模架上铸出，模具紧凑，成本低、效果好。同时这种侧整形的方式，对校整侧面和法兰面都很适用。

6 结束语

该模具从设计、制造、调试、出件整个过程都比较顺利，前期的理论分析和后期的实际调试情况基本一致，最终制件满足了设计要求，制件实物如图12 所示。经过量产初期的小批量生产过程验证，模具运行状况良好，制件的尺寸、壁厚已经外观质量情况良好，现模具已经进入量产阶段。通过这2个制件的合并生产，前期的工艺分析及后期的模具设计、制造、调试，解决了通道和通道后部冲压成形过程中，材料变薄、起皱折叠、翘曲回弹等问题，节约了原材料，简化了生产流程，节省了模具费用，提高了生产效率，为类似制件的合并生产工艺开发提供了借鉴。

图12 通道和通道后部的制件实物

在制定冲压工艺的时候，对形状类似、材料相同、装车比例匹配的制件，尽可能的考虑制件合并开发。丰富的冲压实践经验和CAE 分析技术能为通道和通道后部等类似制件的冲压成形工艺、模具设计提供有效的帮助，广泛运用多工位机械手生产，对降低冲压生产成本，提升生产效率起到至关重要的作用。本文通过对通道和通道后部的冲压工艺的分析、CAE 模拟、回弹补偿、模具设计要点的陈述，对类似车身结构件的工艺分析、模具结构设计具有一定的参考作用。