在汽车市场竞争激烈的今天，汽车企业需在控制成本的前提下缩短开发周期，以保证市场的竞争力，因此架构化、平台化造车成为当前的趋势。

同一架构应能承载高、低不同车型及跨界的开发工作，轴距的变化一般在前地板区域，通过不同长度的前地板、纵梁、门槛等实现。某架构车型规划如图1所示，car1前地板最长，其X向尺寸为 1 258 mm；car2前地板最短，其X向尺寸为1 138 mm；car1和car2前地板长度相差120 mm；未来潜在开发车型car3前地板X向尺寸为1 223 mm、长度介于两者之间。

图1 车型规划

按常规方案，3种车型需开发3种前地板零件及其模具。对于架构造车的理念，不仅要实现机舱、后地板区域的零件和模具的通用，还要实现轴距变化的前地板区域零件和模具通用，减少车型的开发工作。以前地板零件为例，目标是实现car1、car2及未来潜在车型car3前地板模具的共用，减少开发工作和模具投资成本，缩短开发周期。

1模具共用问题分析

图1所示前地板（car1~car3）的材质为HC260LA、厚度为0.8 mm，冲压工艺设计3道工序：OP10拉深、OP20修边冲孔、OP30翻边修边分离。模具结构设计1模2件，节省冲次；OP30采用反向斜楔上翻边加修边分离。从单一车型开发角度考虑，工序数和工序排布均是最优方案，如图2所示。

图2前地板成形工艺流程

OP10拉深工序设计为常规的封闭拉深，即拉深板料初始边界在压边圈、拉深收料线和零件边线之间设计较大的工艺补充面，对件位置在轴距变化侧。基于这种工艺设计，不同轴距车型的OP20修边冲孔模和OP30翻边修边分离模不能共用，均需单独开发，仅OP10拉深模能共用，按最长轴距的car1开发模具，同时后工序修边工序需切掉轴距差异部分的材料；因此，这种car2和car3共用car1拉深模的方案浪费了大量材料，如car2每辆要损失120 mm×1 520 mm规格的材料，对于产能规划大的car2和car3，材料损失远超过节省的模具开发与制造费用，失去了模具共用的意义。

2模具共用解决方案

如何避免材料浪费是模具共用方案的关键；拉深的收料线位置决定了工艺补充面的大小和后工序修边材料的浪费量。与常规封闭拉深工艺相比，开口拉深的收料线和板料初始位置均可设计在拉深凸模，无工艺补充面，能避免轴距变化部分作为废料切掉，前地板只有采用开口拉深才能避免原材料的损失。

如图3所示，轴距变化侧板料初始位置设计在拉深凸模上，形成开口拉深结构；由于开口拉深侧的材料没有压料控制，自由成形导致塑性变形不充分，起皱和回弹风险大，上下端仍设计为常规的封闭拉深，拉深工序冲压SE分析如图4和图5所示。

图3 开口拉深工艺设计

4 成形极限及流入量分析

图5 回弹量分析

（1）拉深工序4个方向均有材料流入，上下侧的封闭拉深位置材料流入量为18~20 mm，左右侧的开口拉深位置材料流入量为7~10 mm；拉深工序件塑性变形不充分，存在50%以上的灰色区域。

（2）拉深工序件修边后的回弹值较大，约为6~7 mm，且回弹不对称、难控制。

当拉深工序4个方向均有较大材料流入时，拉深工序出现塑性变形不充分、回弹难控制的问题。为改善上述问题，将上下封闭侧的拉深筋设计为拉深筋，控制材料的流入量为0；改善后的拉深工序冲压SE分析结果及其与全封闭拉深对比如图6~图9所示。

图6成形极限对比

图7拉深成形过程

图8修边后的回弹量对比

图9全工序件的回弹量值对比

（1）成形极限分析。图6显示开口侧的材料流入量仅10~15 mm；零件95%以上是塑性变形区域，仅两侧开口端附近出现少量灰色，表示塑性变形不充分区域；与封闭拉深效果相似，对于HC260LA材质的结构件，不影响零件刚性，可接受。

（2）褶皱分析。如图7所示，拉深到底前20 mm，零件出现波纹，在拉深到底前10 mm，波纹消失，零件表面设计大量的加强筋，拉深到底前5 mm开始成形加强筋，没有褶皱和波纹风险。

（3）回弹分析。如图8、图9所示，开口拉深修边后和全工序的回弹量比封闭拉深小，回弹对称分布，易控制。

综上所述，按图3所示的开口拉深工艺成形零件无褶皱和波纹，回弹风险可控，冲压SE分析结果可行；与原来的封闭拉深设计相比，开口拉深的材料利用率提升3.15%，节省材料成本。

前地板属于主机厂的自制件，采用1模2件能降低50%的冲次费用。按开口拉深共模方案，1模2件的对件方向需要更改，非轴距变化的前端位置作为对件位置，采用双腔的模具排布方案，也可节省50%的冲次费用。

前地板更改为开口拉深工艺的风险在于褶皱和回弹的控制。不同车型前地板长度差值要控制在200 mm以内，避免修边后回弹差异大，影响模具共用；同时前地板零件多设计加强筋，加强筋采用曲面化设计，保证零件成形时塑性变形充分，控制回弹和起皱；前地板后部轴距变化位置截面形状一致，即断面一致化设计，如图10所示。

图10轴距变化位置的加强筋及断面一致化设计

如图10所示，前地板轴距变化侧的模具定位板设计成可移动式，根据不同轴距车型坯料尺寸的变化调整坯料的开卷步距和模具定位板的位置，在不损失原材料的前提下实现模具共用，具体的开模方案及其经济效益如表1所示。

表1 模具方案和成本分析

图11 开口拉深工艺及板料位置示意图

（1）OP10拉深工序和OP30翻边修边工序按照规划最长轴距的car1前地板尺寸开模，后续的短轴距car2和car3均可借用car1的OP10拉深模和OP30翻边修边模。

（2）car1、car2的OP20修边冲孔模均单独开模，或car1和car2共用1副OP20修边模，采用气动选冲修边设计。

（3）潜在车型car3仅需新开发1副OP20修边冲孔模即可完成零件的开发工作，缩短了新车型的开发周期和节省模具投资成本。

▍原文作者：许天宇1，孙景海1，魏健2，蒋连轴2，李天奇2

▍作者单位：1. 一汽大众汽车有限公司； 2. 浙江极氪汽车研究开发有限公司