包邊模新型壓合機構(gòu)的設(shè)計與加工

□ 許國紅 □ 張站東

1.昆明理工大學(xué) 城市學(xué)院 昆明 650051

2.安徽江淮福臻車體裝備有限公司 合肥 230601

1 皮卡車發(fā)動機蓋零件成形工藝分析

汽車覆蓋件包邊模具主要應(yīng)用在汽車車門、行李箱蓋、發(fā)動機蓋等外板的成形，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣直接影響汽車覆蓋件的質(zhì)量［1－3］，如制件包邊后棱線是否順暢、各制件間搭接間隙是否均勻等。為保證包邊后的產(chǎn)品品質(zhì)，現(xiàn)以某項目發(fā)動機蓋（以下簡稱發(fā)蓋）為例，對其成形工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計過程進行分析。

圖1所示為某皮卡車型發(fā)蓋總成件，由發(fā)蓋外板、發(fā)蓋內(nèi)板通過包邊模具壓合而成，總成件的外形尺寸為1 100 mm×1 550 mm×200 mm。沿著圖X中心線剖切得出圖2所示的零件X-X的旋轉(zhuǎn)剖切面，從圖2中放大顯示，可看出水滴包邊處預(yù)彎面較長且角度較小，為保證壓合刀塊開始工作時預(yù)彎刀塊退出危險區(qū)域，避免干涉情況的發(fā)生，必須采用合適的預(yù)彎機構(gòu)；圖2放大處還顯示，零件壓合完成后與沖壓方向的夾角很小，為17.0°（小于30°），如果沿沖壓方向?qū)Π寮M行壓合，必然會出現(xiàn)褶皺、缺料、產(chǎn)品滑移等現(xiàn)象。按照理論沖壓角度，壓合刀塊與凸模沿法向方向作用于零件最理想的角度為90°，也可以是30°。

▲圖1 發(fā)蓋內(nèi)外板總成件示意圖

▲圖2 X-X剖切和局部放大圖

2 發(fā)蓋加工預(yù)彎機構(gòu)

▲圖3 45°預(yù)彎機構(gòu)工作過程示意圖

▲圖4 70°預(yù)彎機構(gòu)工作過程示意圖

▲圖5 45°、70°預(yù)彎機構(gòu)行程示意圖

圖3 為常用45°預(yù)彎機構(gòu)的工作過程,圖4為70°預(yù)彎機構(gòu)的工作過程,通過兩者對比可以看出區(qū)別:從擺動塊的擺動角度看,45°預(yù)彎機構(gòu)的擺動角度只有15°,而 70°預(yù)彎機構(gòu)的擺動角度為 25°。 圖 5 為45°預(yù)彎機構(gòu)與70°預(yù)彎機構(gòu)的工作過程圖,不難看出,45°預(yù)彎機構(gòu)運動方向與水平方向的夾角由30°過渡到45°,70°預(yù)彎斜楔與水平方向的夾角由 45°過渡到70°。由此可見，圖2處零件展開角度比較大且比較平緩的部分一般需要采用45°的預(yù)彎機構(gòu)來解決,而圖2放大板件與沖壓方向夾角比較小，且水滴包邊位置需要的片體又較長，為保證預(yù)彎機構(gòu)在壓合臨界狀態(tài)時退出危險區(qū)域，綜合分析采用70°預(yù)彎機構(gòu)比較合適。

因45°與70°預(yù)彎機構(gòu)的開始預(yù)彎點不同，應(yīng)確保板件同時預(yù)彎。若板件不同時預(yù)彎，則會造成制件竄動、內(nèi)板定位孔被拉毛的情況出現(xiàn)，解決的辦法是根據(jù)板件預(yù)彎的實際情況，調(diào)整預(yù)彎機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)閉合高度，使其達到同時預(yù)彎的狀態(tài)。一般為板件的角度部分最先開始預(yù)彎，將角度部分的積料展開，積料展開5～10 mm后其它部位開始同步預(yù)彎。

3 擺動壓合機構(gòu)

擺動壓合機構(gòu)是為了解決傳統(tǒng)包邊壓合過程中容易造成制件的褶皺、缺料等問題而設(shè)計的，采取的措施是改變包邊壓合刀塊對制件的施力方向。

如圖6所示，開模狀態(tài)下，壓合機構(gòu)本體與初位限位塊接觸后不再因重力而旋轉(zhuǎn)。在合模過程中，新型壓合機構(gòu)向下運動，當(dāng)從動滾軸與驅(qū)動機構(gòu)接觸時，驅(qū)動機構(gòu)中的施力導(dǎo)板給壓合機構(gòu)本體一個向上的作用力，推動它繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，包邊壓合刀塊在機構(gòu)的帶動下繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)沿制件表面法向壓合。

▲圖6 擺動壓合機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

在模具運動過程中，包邊壓合刀塊的運動軌跡如圖7所示，它在整個運動過程旋轉(zhuǎn)10°，選其中的 4個狀態(tài)，初始狀態(tài)為旋轉(zhuǎn)0°時的位置，以后依次為5°、8°、10°，運動方向為制件表面的法線方向，所以能夠?qū)崿F(xiàn)沿制件表面法向壓合完成包邊。沖壓結(jié)束時，終止限位塊限制機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，包邊壓合刀塊完成壓合步驟。開模狀態(tài)下在復(fù)位彈簧和機構(gòu)自身重力的作用下保證壓合機構(gòu)本體 回復(fù)至初始狀態(tài)，進行下次循環(huán)。此新型壓合機構(gòu)是由壓合機構(gòu)本體和驅(qū)動機構(gòu)構(gòu)成。驅(qū)動機構(gòu)固定在下模座上通過從滾動軸將力傳遞給壓合機構(gòu)本體，在旋轉(zhuǎn)軸的作用下改變力的運動方向，從而實現(xiàn)沿制件表面法向壓合。

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵要素

4.1 包邊模下模結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖8是包邊模的下模結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，根據(jù)以上的分析，在送料方向的進料側(cè)由于板件比較平緩，展開角度比較大，采用45°的預(yù)彎機構(gòu)，能夠滿足工作生產(chǎn)需求。在模具的出料側(cè)采用擺動斜楔壓合機構(gòu)，使壓合刀塊的運動軌跡盡可能沿著制件的法線方向，從而提高產(chǎn)品外觀品質(zhì)。

▲圖7 新型壓合機構(gòu)的刀塊運動軌跡

▲圖8 包邊模下模結(jié)構(gòu)

設(shè)計下模結(jié)構(gòu)時需要注意以下問題。

（1）在進行包邊模具設(shè)計時，首先要明確模具的沖壓方向和送料方向。沖壓方向的制定主要取決于發(fā)蓋內(nèi)板的基準(zhǔn)孔的沖壓方向，一般的包邊模具采用兩個基準(zhǔn)孔：一個圓形的作為主定位，一個菱形的作為輔定位（圓形、菱形的定位孔形狀是根據(jù)檢具來確定的）。一般主定位比輔定位先導(dǎo)入5～10 mm。發(fā)蓋內(nèi)板依靠左導(dǎo)向板上的導(dǎo)正銷來確定發(fā)蓋內(nèi)外板之間的相對位置，只有當(dāng)導(dǎo)正銷與發(fā)蓋內(nèi)板的基準(zhǔn)孔完全貼合，發(fā)蓋內(nèi)外板之間的相對位置才最終固定。

（2）為保證電機的同步性，象發(fā)蓋類比較平緩的板件一般用一個主動傳輸機構(gòu)加萬向節(jié)連接一個從動傳輸機構(gòu)進行送取料。

（3）選用預(yù)彎機構(gòu)時,要考慮預(yù)彎刀塊及其安裝座的最大質(zhì)量不能超過預(yù)彎機構(gòu)彈簧的初始張力,如果質(zhì)量過大,預(yù)彎機構(gòu)就不能復(fù)位。此時可以考慮自制一個輔助回位機構(gòu)。

（4）預(yù)彎角度的設(shè)計一般為30～40°，其它平緩的部位為40～45°。此發(fā)蓋出料側(cè)有水滴且水滴的高度大于4 mm。此時預(yù)彎刀塊根部一定要加工成10 mm的圓弧角，讓預(yù)彎片體沿著圓弧角運動，從而確保水滴的飽滿度。

4.2 包邊模上模結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖9是包邊模的上模結(jié)構(gòu)圖,清晰地顯示了擺動壓合機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。設(shè)計上模結(jié)構(gòu)時要注意以下問題。

▲圖9 包邊模上模結(jié)構(gòu)

（1）由于擺動壓合刀塊在擺動過程中需要有一定的擺動空間,而上模壓料芯的壓合刀塊必須避開這段空間,從而使壓合刀塊 距離扣合部位有一定空間距離,這是擺動斜楔機構(gòu)不足之處。所以在選用擺動斜楔機構(gòu)時,要考慮尾門內(nèi)外板零件的剛性及壓合刀塊的排布密度等綜合因素。

（2）壓料芯與下模之間要增加平衡塊，只有平衡塊與下模相互作用,才可保證壓料芯的平衡，不會把零件壓傷。平衡塊不能穿過零件型面,所以有些平衡塊只能通過U型安裝架穿過扣合凸模安裝座與下模接觸。

（3）在裝配過程中,要經(jīng)常調(diào)節(jié)圖8所示的左導(dǎo)向板上安裝的導(dǎo)正銷,所以在設(shè)計導(dǎo)正銷時,盡量做成左右方向都可調(diào)節(jié)的形式,方便模具調(diào)試。

5 結(jié)束語

通過此類包邊模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可有效提高制件的設(shè)計和成形加工質(zhì)量。包邊刀塊對制件的壓合方向由很小的角度開始，終止于與制件表面垂直，采用此種機構(gòu)不會出現(xiàn)褶皺、缺料等現(xiàn)象，從而提高了制件的質(zhì)量。此類包邊的模具優(yōu)化結(jié)構(gòu)以及提出的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵要素，對同行該類模具設(shè)計和生產(chǎn)企業(yè)加工具有一定的啟示和參考價值。

［1］ 杜生亞，季國榮，江杰，等.汽車白車身質(zhì)量控制思路與方法的探討［J］.汽車工藝與材料，2003（11）：32－35.

［2］ 鄭朝鋒,曹旭軍,譚志成.跑車尾門內(nèi)外板總成扣合模設(shè)計疑難分析［J］.模具工業(yè)，2011（37）：25－ 28.

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