采用激光焊的行李箱外板上段冲压工艺研究

董家玲，王振东，刘 健，徐 勇，姚 鹏

（中国第一汽车股份有限公司 红旗繁荣工厂，吉林 长春 130011）

0 引 言

目前高端车型的行李箱外板上、下段采用激光焊工艺代替原来的点焊工艺，这对行李箱外板上、下段搭边位置的尺寸精度及表面质量要求更高，冲压工艺设计也要求更精细化，为缩短整改周期，尽量在前期解决缺陷问题，即从产品结构、成形制件及成形工艺等方面进行规避。现针对行李箱外板上段的工艺方案进行优化，解决翻边导致的回弹及表面质量缺陷问题。

1 行李箱外板上段结构及几何尺寸公差要求

行李箱外板结构如图1所示，上、下段采用激光焊工艺，采用激光焊工艺对成形制件的尺寸精度要求比点焊工艺高，如图1（a）所示，l～m区域为行李箱外板上下段搭接处，当长度L≤300 mm时，平行差为0.3 mm，当长度L＞300 mm，平行差为0.5。行李箱外板上段与下段搭接位置的翻边高度一般为60～70 mm，如图1（b）所示，上、下段搭边值≥10 mm，如图1（c）所示。

图1 行李箱外板结构

2 冲压工艺

行李箱外板上段冲压工艺方案如图2所示，传统成形工艺采用6道工序：①拉深→②修边、冲孔→③翻边、侧修边→④翻边→⑤侧整形→⑥侧修边。

图2 行李箱外板上段冲压工艺

3 存在的问题及解决措施

3.1 表面质量缺陷及解决措施

行李箱外板上段成形过程中产生的表面质量缺陷主要为翻边波浪、修边毛刺以及冲击线。

（1）翻边波浪问题及解决方法。由于受造型限制，行李箱外板上段（见图3所示a～b段）为多料翻边，翻边过程中会产生翻边波浪，如图4所示，在工艺设计时，采用压料翻边，即翻边时用上、下压料板夹料翻边，能解决翻边波浪问题（见图5）。但由于夹料翻边过程中，板料会产生塑性变形，导致轮廓附近出现翘曲变形，如图6所示，无法保证成形制件尺寸精度的要求，而且后期现场调试阶段，只能通过调整翻边间隙的方法进行优化，无法彻底消除翘曲变形。

图3 行李箱外板上段

图4 翻边波浪

图5 夹料翻边模拟分析结果

图6 行李箱外板上段回弹分析结果

翻边工序前进行粗修边，翻边后再精修到位，目的是将修边高度增高，夹料翻边时使侧翘曲变形区域在修边线之外，保证了成形制件的精度，缩短了整改周期，如图7所示。

图7 行李箱外板工艺方法

行李箱外板上段翻边高度一般为60～70 mm，为保证成形制件的刚性，在翻边面设计沉台（见图7），但是在成形过程中由于材料流动不均匀，相应位置表面及与行李箱外板下段搭接面位置会产生坑包波浪，导致尺寸精度难以保证。制件设计阶段对沉台的深度、形状等提出以下要求：①沉台最外侧需要设计一个台阶，避免材料流动不均匀产生表面质量缺陷；②沉台深度≤3 mm（见图8）；③过渡区必须平缓均匀过渡，避免过渡急剧产生表面质量缺陷；④沉台外轮廓距离制件A面直线段距离≥10 mm，避免压不住料导致A面产生表面质量缺陷（见图8）。

图8 行李箱外板下段

（2）修边毛刺问题及解决方法。采用传统成形工艺方案时，前、后工序冲压方向必须一致，精修边只能采用勾修（见图9（a）），导致修边毛刺集中在成形制件外表面，即与行李箱外板下段搭接表面，为保证激光焊质量，需进行手工修件，浪费人力和物力。针对出现的问题，通过改变前后工序冲压方向，精修工序的冲压方向相对于拉深工序绕X轴旋转46°，采用侧修工艺方案代替原来的勾修工艺方案，如图9（b）所示，使修边毛刺分布在成形制件内表面，保证了行李箱外板上段与下段的搭接位置的精度要求，满足激光焊对成形制件的精度要求。

图9 成形工艺方案对比

（3）冲击线问题及解决方案。冲击线是成形过程中板料通过凸圆角向内流入产生的痕迹，为保证成形制件表面质量，避免多料翻边产生的回弹及翻边波浪等表面缺陷，工艺补充设计时尽量减少后工序翻边整形量，拔模角与冲压方向的夹角一般为3°左右，同时为保证修边，此处拉深深度较深，成形过程中板料流入量较大，冲击线易进入A面（见图10（a））。为避免冲击线不进入A面，工艺设计阶段，此处的工艺补充需要增加一个二层台阶（见图10（b）），目的是控制板料的流入，且台阶距离A面尽量等深，既确保冲击线不进入A面，又解决了因材料流动不均匀导致A面出现波浪的问题，提高成形制件的表面质量。

图10 行李箱外板上段工序分析

3.2 模具结构设计关键问题

（1）精准定位。行李箱外板上段形状主要是V形，前、后方向靠形状定位，当修边、冲孔后，左、右方向无法靠形状定位，因此在修边、冲孔工序设计三角定位孔，用于翻边、侧修边的定位。从工序③到工序④冲压方向需要旋转46°，由于成形制件的自重，仅靠形状定位无法实现，设计边定位的同时，增加2个托料块，如图11所示。

图11 行李箱外板翻边工序凸模

（2）侧整形工序受空间限制，不能采用推拉器，只能采用旋转器。在工艺设计阶段，考虑退料的同时还需要考虑模具零件强度，最薄位置厚度≥10 mm，如图12所示。

图12 行李箱外板成形工序旋转器

4 新工艺优缺点

改进后的成形工艺与传统工艺相比的优点：①翻边工序采用正翻边，模具结构简单，模具零件强度高，如图13所示；②压料翻边后采用侧修边，修边产生的毛刺仅在成形制件内表面，不影响激光焊搭接面，满足成形制件精度要求，而传统工艺为满足精度要求，也可以增加精修，但是只能采用勾修，在制件轮廓表面会留有毛刺，需要人工打磨后方可使用。缺点：改进后的成形工艺前、后工序存在转角问题，对量产节拍有一定影响，且要求设备具有前、后工序转角功能，而传统工艺方案前、后工序不需要转角。

图13 行李箱外板翻边工序模具结构

5 结束语

行李箱外板下段搭接边采用压料正翻边、侧整形、侧修边等工序成形，保证了成形制件尺寸精度及表面质量，虽然前、后工序需要转角，但是模具结构简单，能保证模具零件强度，同时避免勾修导致成形制件毛刺的问题。