不同造型制件模具共用设计方案解析

文／张应生，窦铁勇，马宝军，张泽坤·长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心

在汽车制造行业，在前期开发过程中需要考虑多车型同时开发，来改变顾客审美疲劳带来的销量滞后现象，同时更有利于快速占有市场、赢得市场先机、为顾客提供多种选择以达到获取更大利润的目的。为此，在模具开发阶段需要对每种造型的产品单独进行模具开发，即一种造型对应一组模具，一般情况下，每种造型需要对应三套、四套模具，甚至五套模具。虽然增加了产品造型，但是也增加了前期模具设计、制造、生产的成本。同时模具数量的增多，所需要的存储空间也增多。如何以最小的成本来完成不同的要求，便成为汽车厂商需要考虑的重要问题。

问题概述

某车型分为城市版和越野版，其后背门内板制件也需要做出区分，主要差异点集中在制件下侧法兰及型面，两种制件型面差异最大47mm，其他位置一致(见图1、图2)。按传统模具设计开发流程，需开发四组16 套模具满足生产，模具开发成本高、周期长。

方案确定及实施

⑴产品SE 分析阶段：推动技术中心车身、内外饰部门将两版本不一致的型面、安装孔等优化成一致，简化型面差异，为合模创造条件。

⑵工艺设计阶段：优化工艺排布——两个版本边界一致位置共模，不一致位置针对不同版本选修，同样实现共模生产。

⑶结构设计阶段：结合已确定的工序数量和产品质量要求，确定最终方案。

①OP10 为保证产品质量，单独开发。

②OP20 对两版本产品无差异位置进行处理，差异点处留至后工序加工，实现OP20 模具共用。

③OP30和OP40针对城市版和越野版进行选择性加工，设计双悬浮式斜楔结构，从而实现模具共通化。

双悬浮斜楔技术原理

工艺布置方案见图3。

图3 不同造型制件模具共用工艺布置方案

结构布置方案及工作过程

⑴OP30 结构方案。

OP20 为常规修冲方案，在此不做详细介绍。OP30针对两种版本制件差异位置设计悬浮选修斜楔，主要结构分为5 部分，见图4。

图4 OP30 工序悬浮斜楔主要结构图

①上模斜楔本体，包含修边刀，与下模配合的精导向，压芯安装位置及相关附件；与下模固定镶块配合完成修边工序。

②上模斜楔压芯，生产城市版时完成压料动作，避免带料情况发生。

③上模选修驱动机构，包含气缸、驱动本体等，决定上模斜楔是否运动的部件。

④下模固定镶块，与上模斜楔配合完成修边工序。

⑤托起弹簧，生产越野版时将上模斜楔本体托起，避免干涉制件。

下模为固定模式，与需要修边的制件造型(城市版)型面相符型，当生产越野版本时，此位置无工作内容，并且与制件不干涉，如图5 所示。

图5 OP30 生产不同版本制件时制件与下模的状态

⑵OP30 工作过程。

①生产越野版本制件时工作状态见图6，悬浮斜楔处于回退状态，垫车通过方形压板安装于上模座，在竖直方向上与上模座保持相对静止，随着上模座上下运动。当生产有备胎状态制件时，需要此活动部件进行避让，上模活动结构处于非工作状态。垫车气缸处于收缩状态，垫车气缸将垫车拖回，上模座向下运动时与垫车接触，但由于垫车与斜楔之间存在距离，因此无法将力传递至斜楔，选修氮气缸无法压缩。所以，上模座在下行的过程中，在托起弹簧的作用下，斜楔相对压料芯保持静止，侧压料芯与修边镶块不会与下模接触，避免了与制件的干涉，将该位置废料保留至OP40。

图6 越野版制件生产时OP30 斜楔工作状态

②生产城市版制件时，OP30 上模活动结构处于工作状态，见图7。气缸处于顶出状态将垫车推出，上模座向下运动时与垫车接触，将力传递至斜楔本体，选修氮气缸压缩，斜楔本体带动侧压料芯和修边刀块向下运动，托起弹簧压缩，侧压料芯与下模凸模接触压紧制件，侧压料芯氮气缸压缩，此时上模座继续向下运动与下模固定镶块修边刃口配合，将OP20 剩余的废料切断，完成城市版制件的生产。

图7 城市版制件生产时OP30 斜楔工作状态

⑶OP40 结构方案。

图8 为OP40 针对不同版本设计的悬浮斜楔，主要结构分为6 部分：上模选修驱动机构，包含气缸、驱动本体等；下模Z 向驱动垫车；下模水平换向垫车；下模斜楔本体，包含凸模修边刃口与下模配合的精导向等相关附件；上模修边斜楔本体；固定于下模的上模修边斜楔驱动结构。

图8 OP40 工序悬浮斜楔主要结构图

⑷OP40 工作过程。

①当生产越野版本制件时，需要将OP30 没有切除的废料切断，其下模为浮动模式，顶起状态与需要修边的制件造型(越野版)型面相符型；当生产城市版时，此位置斜楔不顶起，与制件不干涉。OP40 生产不同版本制件时制件与下模的状态见图9。

图9 OP40 生产不同版本制件时制件与下模的状态

②生产越野版制件时，上模部分气缸带动斜楔1水平运动至工作状态，此时斜楔驱动块开始工作，压缩斜楔2 竖直运动，再通过驱动导板驱动斜楔3 水平运动，通过驱动导板驱动斜楔4 斜向上运动至工作状态(下模到位)。上模向下运动，斜楔5 通过安装在下模的驱动块斜向下运动，与下模到位斜楔4 刃口配合完成切断工作，见图10、11。

图10 越野版制件生产时OP40 工序斜楔及其运动顺序

图11 越野版制件生产时OP40 工序斜楔工作状态

③生产城市版本制件时，由于该位置废料已在OP30 切断，所以OP40 工序仅需要在差异位置设计让位即可。如图12 所示，此时上模斜楔1 在气缸的作用下水平移动，使斜楔驱动块相互错开，这样斜楔2在生产过程中就不会产生运动，之后的所有斜楔也都处于静止状态，当上模到底时，虽然斜楔5 依然会到达工作状态，但由于制件位置低于斜楔5 的工作状态，且没有斜楔4 的配合，所以斜楔5 只是空运行，不会对制件产生任何影响。

图12 城市版制件生产时OP40 工序斜楔工作状态

结束语

本文主要针对多版本车型在开发过程中制件局部差异，阐述了实现模具共用的解决思路及结构设计方案，有针对性地提出一种新的结构形式，使用一组模具能够生产不同版本制件，既减少了模具的开发数量；同时也有效地降低了模具的开发成本，提升了现场的生产效率。此种结构方案已经过批量生产验证，状态稳定，符合生产要求。