周平
东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005
摘要：本文主要介绍了汽车覆盖件冲孔工艺的设计经验、技巧；概述了模具切换冲孔状态的几种方法；总结了汽车覆盖件模具增加冲孔时，对模具改造结构的方案。
关键词：汽车覆盖件；冲压工艺；模具结构
引言
汽车作为大众交通和运输工具，不同消费群体对汽车外观、配置要求不同；若作为出口产品，还面临着不同国家和地区法规和驾驶习惯（如部分国家地区为右舵驾驶）差异的问题。对于汽车覆盖件，如何低成本的满足如此多样的需求 一些主机厂选择在同一条冲压模具线上冲出有不同孔位的零件，来满足不同配置车型的装配需求。也有很多车型已经实现了量产，为满足客户新需求仍要在量产产品基础上做更改，这就涉及到对已有的冲压件和冲压模具的修改。如何用同一套汽车冲压模具上冲出不同孔位，实现一模多用，本文就此做简单介绍和总结。
1 汽车覆盖件冲孔工艺概述
一般的汽车覆盖件均会冲出大小不同，数量不一的孔。这些孔大部分用来满足汽车零件的装配需求的，也有部分孔是为用于满足汽车生产工艺的需要、降低零件重量、汽车造型要求等其他用途。一般汽车覆盖件冲出的孔大部分是规则的圆孔、方孔、六角孔、椭圆孔等，这种规则的孔均优先采用标准件作为凸模和凹模，便于模具设计和维修。也有部分孔为不规则形状需要自制凸凹模。
2 汽车覆盖件冲孔工艺设计
2.1 冲孔位置的选择
2.1.1 零件冲孔位置优先选择在平整型面上
汽车冲压覆盖件一般形状复杂，零件型面有众多的弧面、平面、凸台、筋条、折弯等。为了提高冲孔的精度，方便后续模具维修和装配，优先把冲孔位置设计在平整的型面上。如下图1所示，某车型顶盖前段外板遮阳板支架安装位开孔在零件圆弧面上。模具设计过程冲孔凹模直接安装在下模型面，凹模与下模型面有面差，需要二次加工并手工研配凹模压料面。而且研配工作需多次反复进行才能彻底消除零件的压伤。后续若凹模损坏，更换凹模仍需重新研配，不利于维修。针对此种情况可做如下改进：在孔位处做凸台，孔开在凸台上，如图2所示。可将此建议反馈零件造型及设计部门优化零件结构。
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图1 孔开在圆弧面上模具设计图
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2.1.2 零件冲孔间距及孔边距
零件孔边缘与零件的切边的距离及孔与孔边缘的距离不能太小[1]。根据孔形状及边形状的不同需预留最小距离。如下图3所示
当冲孔边缘与零件切边或冲孔边缘不平行时，该最小距离a不小于材料厚度t。
当冲孔边缘与零件切边或冲孔边缘平行时，该最小距离b不小于材料厚度的1.5倍，即1.5t。
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汽车车身或驾驶室钣金覆盖件料厚大部分都在0.6-2.0mm之间。料厚较薄,但实际设计中钣金覆盖件孔边距最好控制在5mm以上。极限情况下也不可小于3mm。若孔边距小于3mm，加上误差，孔边距可能更小，生产、搬运、装配过程中薄弱的孔边缘容易变形，甚至断裂，进而造成装配困难或零件报废。同时孔边距过小也会造成模具设计无法使用冲孔凸、凹模标准件，使模具制造和维修成本上升。实际模具设计过程若出现孔间距过小的情况可要求零件设计部门将过近的孔位功能合并变成一个长圆孔。孔边距过小时可将孔改成U形孔（如下图4所示）。
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2.1.3 弯曲件孔边与圆角边间距
折弯件及拉深件冲孔时，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离。
折弯件或拉深件冲孔时，其孔壁与工件直壁之间应保持一定的距离，如下图所示
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孔边离圆角边过近会影响冲孔压料面布置，凹模标准件也需要做仿形加工，进而增加模具制造和维修成本。实际零件设计过程孔与圆角边缘的距离最好大于5mm以上。
2.2模具冲孔角度
在与冲压方向垂直的平面上冲孔，孔的精度能够较好的保证，也不易产生冲孔毛刺[2]。如果冲孔平面与冲压方向不垂直，斜面上冲孔则孔的精度容易出现偏差，也易产生冲孔毛刺。
冲孔孔径D与最大倾角θ的关系如下图6和下表1所示：
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实际设计中当冲孔倾角θ小于7°时，可采用直径与产品图纸一致的冲头；当冲孔角度大于15°时，原则上采用斜楔冲孔。
3 模具冲头快换机构
当同一套模具需要生产多种冲孔状态的零件时，就需要快速更换冲头，切换冲孔状态，以满足生产需求。
3.1气动快换机构
气动快换机构以气动式可选凸模固定块作为核心切换器件，工作时须有气管与气源相连，通过气阀切换冲孔状态。该结构优点是生产过程无需拆装模具即可切换零件的冲孔状态，切换效率高。
其缺点也很多：
（1）气动型可选凸模固定块长度较长，体积较大，需要较大的空间布置，很难在狭窄的上模空间密集布置；
（2）工作过程需要有气源，对设备要求高。
（3）切换冲头较多时，气动连接机构复杂，容易损坏，需要经常检查保养，及时更换损坏的气动元件。
3.2模具冲头手工切换
很多情况下，由于上模及压料板内部空间不足，或冲孔较密集等，模具无法布置气动型可选固定块，此时就需要手工切换模具的冲孔状态。一般需要打开模具，拆下压料板，才能切换冲头。比较耗费时间。也可以在冲头固定块下方加天窗盖板来实现不拆模具即可拆装冲头。
3.2.1 开天窗盖板结构
在压料板上需要切换冲头的部位开天窗，天窗上加盖板作为压料面。切换冲头时，手工拆下天窗盖板，即可手动拆除冲头。其基本结构如图所示。
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用普通固定块固定冲头时，需考虑手动拆下冲头固定块的操作空间，故天窗需要开得较大；用球锁紧固定块固定冲头时，需考虑用钳子拔出冲头的操作空间，相对天窗可开得小一点。
此结构对上模及压料板空间要求小，实际生产过程中不用把模具拆下压力机工作台就可以拆下天窗盖板来更换冲头，从而节约切换时间。
3.2.2 二级侧销加盖板的结构
二级侧销指模具上模压料板压到底后，侧销往里再进一级卡住压料板，从而使保持压料板到底状态。此状态上模冲头已伸出压料板3-5mm以上，在压料板冲头位置开一个单螺钉固定的小天窗，拆下小天窗即可更换更换冲头。此时冲头固定块及冲头需选用球锁紧固定块及球锁紧冲头。如下图8所示为某车型模具二级侧销结构。
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由于球锁紧固定块体积较小，故可以像普通固定块一样密集布置。此外需要注意的是由于二级侧销卡住压料板后，侧销结构不光要承受压料板本身的重力，还需要承受压料弹簧的弹力，需充分校核侧销受力情况，防止强度不足。
4 模具结构改制
部分车型及模具已实现量产，若想在已量产的零件上加孔丰富零件功能，则需在已完成的模具上增加冲孔机构，这就涉及到已有模具结构的改造。
4.1新增冲孔工序选择
大多数汽车覆盖件模具都有拉延、切边、冲孔、整型、翻边等多个工序或多种成型工艺组合的多个工序。部分汽车覆盖件还有落料工序。除拉延工序外，其他工序均可布置新增的冲孔结构。选择工序时需主要检查以下方面：（1）所选工序冲压方向与冲孔平面夹角是否合适；（2）新增冲头固定块与上模压料板筋条及弹簧等已有结构是否干涉；（3）下模增加凹模后冲孔废料是否有排出空间；（4）压料板压料面及下模凹模是否有布置空间。若不满足时需考虑更换工序重新检查以上项目。若所有工序都不能满足时需考虑对已有模具结构进行必要改造。
4.2模具结构改制
对旧模具做局部的简单改造，使之能生产新零件可有效提高大型冲压模具的利用率，降低工装开发成本，缩短新产品投产时间。
4.2.1 上模及压料板结构改制
在已有上模模具结构上布置固定块常见问题是冲头固定块与压料板筋条或弹簧干涉。在判断模具结构强度足够的情况下，可以对上模压料板筋条做局部减薄避让处理。若压料板筋条密集，可以对干涉的压料板辅筋做打断处理。下模筋条间隔一般小于300mm，若打断一根筋条后，邻近筋条间隔在600mm以内的，根据经验大部分情况下还是能满足模具强度要求的。需要注意的是压料板主筋一般不能打断，打断会影响强度。图9为某车型模具新加孔后压料板筋条的减薄避让处理。
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4.2.2 下模结构改制
在已有模具下模布置凹模常遇到的问题是下模冲孔废料无法排出，凹模没有空间布置等问题。废料无法排出模具通常有两种情况：
（1）冲孔所在位置与下模筋条干涉，废料卡在筋条上无法排出。此种情况可考虑做在孔所在位置下方做滑废料斜槽（很多情况下凹模是装在下模的镶块上的，可将镶块拆下，在镶块下方开斜槽；凹模不装在镶块上的时候可考虑增加镶块）。
（2）冲孔所在位置无废料滑板或废料盒，废料会掉落在机台上。此种情况下可在模具上增加废料滑板或废料盒。废料盒一般装在模具侧面，需要从模具侧面打孔安装。从侧面打穿模具筋条的最大距离是350mm，超过这个距离也可利用模具铸造减重孔来安装废料盒。或在孔位下方增加二级导滑板，将废料导入附近的废料盒中。下图10为某车型模具新加孔后 ，利用铸件孔安装废料盒，加导滑板将冲孔废料导入废料盒中。
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5 结束语
合理布置和设计汽车覆盖件的冲孔工艺，生产时快速切换冲头,可以使一套模具冲出不同状态的孔位。也可以对已有模具做结构改造，使旧模具冲出新的孔位。从而实现一模多用，提高模具利用率，降低工装开发成本。
参考文献
[1] 王鹏驹,成虹.冲压模具设计师手册[M]. 北京:机械工业出版社,2009.
[2] 廖伟.汽车覆盖件模具设计技巧、经验及实例[M]. 北京:化学工业出版社,2013.
作者简介：周平（1988-），男，甘肃民乐人，主要从事汽车覆盖件冲压模具现场调试及量产维护工作。