壓合模技術及應用（上）

文／董劍安·上海賽科利汽車模具技術應用有限公司

壓合模技術及應用（上）

文／董劍安·上海賽科利汽車模具技術應用有限公司

隨著汽車產品的多樣化、個性化的不斷發展，越來越多的新車型在市場上涌現，無論哪款車型，都會有壓合產品的需求。壓合裝備主要用于發罩、門板、背門、行李箱、帶天窗頂蓋、油箱口蓋等汽車重要覆蓋件的內、外板（含其他焊接件）的周圈壓合，也出現在個別輪罩、側圍、翼子板的局部區域上，因此，壓合裝備生產的產品質量的好壞，直接影響著汽車的外觀品質。

包邊機和油壓機上的壓合模技術以日本發展的最為成熟。美國通用汽車公司在中國新上車型的門蓋線主要為包邊機上的壓合模和機器人滾邊壓合兩種，而且以前者居多。汽車覆蓋件壓合模在國內是近十年才發展起來的一類模具，還沒形成成熟的設計標準，雖然已經有個別廠家在做，但仍處于摸索階段，調試周期很長，且難以達到合格產品的要求。

本文從壓合模技術概況、壓合模的預壓合、預壓合機構、預壓合的時序及機構間的分界點的選取、終壓合、壓合零件的定位、壓合模的壓料方式、行程線圖的繪制、調速及干涉檢查、輸送機構的設計、壓合前外板翻邊設計，結合生產實際，在設計規范化、標準化、參數化及新結構開發上做了大量細致和開拓性的工作，使現場生產、經驗積累和技術開發形成了良性的、自主的技術提升體系。筆者從事了多年汽車壓合模具的結構設計、校對和審核工作，積累了大量的經驗和技術。現撰寫此文，供同行參考。

壓合技術概況

包邊機及油壓機上的壓合模都是在滑塊的一次行程內，完成工件的預彎和終壓工作，形成最終產品。一般包邊機上的壓合模為自動送料，機、電、氣的一體化設計，使其歸屬于自動化模具的行列，油壓機上的壓合模為手動送料（滾輪輸送）。以包邊機上的壓合模為例，工作原理如下：在上滑塊的一次行程中，涂膠后的內、外板（其他焊接件）制件輸送到具有初定位結構的舉升架上，隨舉升架落入帶有四周精定位的成形凹模內，上壓料板落下，對內板進行導正并壓料，上模驅動器通過驅動裝在單連桿、平行連桿、角部連桿等機構上的預彎刀實現對外板的預彎，預彎保壓后退回到初始位置，終壓凸模落下，完成最終壓合，上模返回后，舉升架舉起，輸出制件。皮帶傳輸自動送料可按用戶要求實現不同產品間的混線。機、電、氣的一體化設計，保證了制件的傳輸、定位、舉升與降落、壓合等的動作循環順序的準確性，滿足用戶生產節拍的要求。

壓合的種類按壓合裝備工作方式可分為：包邊機及油壓機上的壓合模壓合、機器人滾邊壓合、多源壓合機壓合和簡易式壓合等四大類。壓合模需要安裝到包邊機或油壓機上進行壓合；機器人滾邊壓合需要機器人來參與完成壓合；多源壓合機可獨自完成壓合；簡易式壓合需要人工手持工具來參與完成壓合，常見壓合方式如圖1所示。

圖1 常見壓合方式

根據車身零件的不同部位，壓合零件按總成分以下幾類：⑴前后門總成壓合；⑵發動機蓋總成；⑶后背門總成；⑷后行李箱總成；⑸帶天窗頂蓋。

壓合的形式有以下幾種：⑴尖角平壓合用于內板較厚或有厚度變化的件，如門板；⑵扁平壓合為最通常類型；⑶凸包壓合一般出現在發罩的風窗側；⑷自身壓合用于無內板及其他加強件的產品，如門窗口內的上側壓合；⑸半開角壓合一般出現在角部和一些過渡區；⑹全開角壓合一般出現在角部，一般單品沖壓工藝翻邊完成即可。如圖2所示。

圖2 壓合形式

壓合零件的難點及常見缺陷：⑴曲面變化急劇區的壓合，尤其是角部壓合；⑵門板的窗口壓合，尤其是窗口內側三至四個方向均要求壓合；⑶產品陡峭部位的壓合；⑷發罩風窗側的凸包壓合；⑸壓合總成輪廓精度、平整度和面品質的達到。角部壓合缺陷原因一般是該區域為多料或少料的翻邊，容易產生產品外觀缺陷，門板的窗口壓合一般與外部周圈在一道工序上完成，內側壓合缺陷原因大多為內板遮蓋外板或內外板的間隙較小。壓合質量是一個綜合因素影響的結果，判定缺陷具體產生的原因，并提出解決方法，需要很強的綜合能力。

壓合模的預壓合

預壓合又叫預包邊，是指正式刀塊在完成內外板包邊之前，為了能更容易包邊而進行的預壓合工序。

預壓合的基本要素及定義

翻邊角度指外板翻邊面與型面棱線切向矢量件的夾角，如圖6中A所示。一般為105°以下，特殊情況可能達到110°。

翻邊長度（翻邊高度）取決于產品設計，根據區域設定。良好的產品設計要考慮不同區域翻邊高度的合理性，如圖6中D所示。

產品傾斜角度指型面棱線切向矢量與水平方向的夾角，如圖6中E所示。

預壓合角指外板翻邊經過預壓合刀推后與型面棱線切向矢量間的夾角，如圖6中B所示。一般情況下40°＜B＜50°，特殊情況B可達到60°，45°的預壓合角度為最佳狀態。

預壓合打入角度指預壓合刀接觸翻邊線時運動的切向矢量與水平方向的夾角，如圖6中（E＋F）所示，F代表預壓合刀打入方向與型面棱線切向矢量的夾角，一般F取20°～60°。當F超過60°時容易出現變形，打入角度（E＋F）最大可到110°，多用于產品傾斜角度大的情況，如后蓋的對稱兩側。

連接角度指預壓合刀工作面在剛剛打入時與翻邊面間的夾角，如圖6中C所示，一般60°以下，超過60°時有可能產生壓變形（縱向受壓致橫向變形）。

圖6 預壓合基本要素

預壓合加工角度指從預壓合加工開始到結束，預壓合刀口的旋轉角度θ，如圖7所示。

預壓合加工半徑指從預壓合刀旋轉中心到外板翻邊的長度r，如圖7所示。

圖7 預壓合加工角度及預壓合加工半徑

預壓合打入角的選取

一般直線部位及預包邊加工時伸展形少料包邊部分的預壓合打入角度α一般為45°～60°。發蓋前端等預包邊為收縮形多料包邊部分預包邊進入角度α一般為20°～60°。角落部等預包邊，正式包邊一起收縮，翻邊部分預包邊進入角度α一般為45°～20°，如圖8所示。

圖8 預壓合打入角

預壓合打入角與翻邊角的關系

預壓合角一般為35°＜B＜50°（45°為最理想的角度），如圖9所示。預壓角與翻邊角的關系見表1。預壓合的打入角及預壓合角不合理易產生零件缺陷，如預壓合角一般設計角度為45°，角度過大，包邊后易產生波浪和鼓包，如圖10所示。

圖9 翻邊角度

表1 預壓合角與翻邊角的關系

圖10 預壓合角過大的影響

預壓合機構

預壓合機構按其工作的運動方式及運動軌跡分為以下五種：角部連桿機構、單連桿機構、平行連桿機構、復合連桿機構、復合連桿滑塊機構。

單連桿機構、角部連桿機構及應用

單連桿機構可以定軸為圓心，做旋轉運動，以旋轉半徑來確定其軌跡，上部模型的驅動器下降時，滑輪以鉸接點為中心，形成沿箭頭所示方向的運動，完成預壓合。角連桿機構也是其中一種，因此，平面及截面方向的彎曲線為直線的產品（即從圓心到產品彎曲線的距離相同）其打彎時間一致，即同時接觸同時壓彎。

單連桿機構的應用范圍：⑴產品的截面角度（角度的約束）以預壓合刀塊的進入角60°為標準時，平面方向為0°時最理想。⑵刀塊型面為轉動軌跡，用于翻邊線為直線，或彎度很小的地方。翻邊線的上下偏差及距離偏差在40mm以內，產品的截面角范圍為－40°～10°。

平行連桿機構及應用

平行連桿機構可使連接托架做平行運動，可以取得均衡的彎曲時間和彎曲力，從而能夠對單連桿機構的缺點進行克服和完善。平行連接方式的優點在于：在任何截面上都在作同一的運動（四連桿機構運動的軌跡相同），不同于以鉸鏈點（定軸點）為旋轉中心的常規連接方式，在與離該中心的距離成比例增大的圓弧上移動，這一點是有本質的不同。平行連桿機構在任何地點預壓合上，壓合鑲塊都在作相同軌跡的動作，其缺點是結構復雜，制作成本高，同時預壓合的進入方向容易被限定。

平行連桿機構應用于彎曲線變化大的地方，即適用于使用單連桿機構無法滿足的情況。產品的截面角度與正規連接方式相同：通過變更各部分的連接鉸點和尺寸，可在一定程度上改變進入角度并加以適用。即通過改變連桿的長度來處理。不受相對于彎曲線連接中心的上下偏差及距離偏差的制約。

《模具壓合技術及應用（下）》見《鍛造與沖壓》第12期

董劍安，模具事業部副總經理，高級工程師，上海市汽車類高級職稱評審委員會專家，上汽優秀技術專業帶頭人。主管技術工作，從事汽車車身模具沖壓技術工作28年，發表論文多篇，獲得2003、2004、2008、2012年度汽車工業科技進步二、三等獎，省部級科技成果7項，獲得專利6項。