一種自卸力包邊裝置

楊 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

汽車行業競爭日趨白熱化，用戶要求越來越高。為滿足用戶需求，在汽車質量、功能提升的同時，各大車企紛紛在外觀感知質量上做足功夫。門蓋包邊是車身制造的關鍵環節，包邊質量既關系到整車質量，又直接影響到車身外觀品質，所以，在汽車達到生產制造過程中，控制門蓋包邊質量顯得尤為重要。本文介紹一種門蓋包邊機構的重大改進，旨在提高包邊設備的穩定性，降低故障率，同時提升包邊質量，提高門蓋等外覆蓋件的生產效率，為整車的高效生產保駕護航。

1 常用主包邊裝置

汽車車門、發動機罩和行李箱蓋等外覆開合件簡稱為門蓋，因功能及工藝需求，傳統的汽車門蓋都需要內外門板的包合，業界稱之為包邊或折邊。除傳統的壓力機包邊和流行的機器人滾邊外，桌式包邊也是一種被廣泛采用的包邊類型。桌式包邊屬于專機包邊，具有設備小巧、成本低、自動化程度高、便于生產布局及工藝調整等特點，尤其適合高節拍、大批量生產，因而被廣大車企所青睞，包括大眾、豐田等國際一線車企亦廣泛采用。圖1所示機構為桌式包邊的常見主包邊裝置。

圖1 常見主包邊裝置

其機構原理圖如圖2所示：

圖2 常見的主包邊裝置

圖2 所示為常見的主包邊裝置，主要由主包機構、模腔、底板三部分組成，其動力源為主包機構中的動力缸，可分為液壓缸驅動或伺服電機驅動；其裝置工作任務是把車門翻邊從45°狀態壓成90°的最終包邊狀態。主包邊機構與底板采用螺栓連接。

工作時，力的傳遞路徑有兩個為：動力缸→底座→底板；動力缸→驅動力臂→施力刀架→包邊刀→包邊工件→模腔→底板。包邊刀的力使汽車門蓋零件翻邊從45°狀態被壓成90°最終包邊狀態。該力的傳遞閉環最終由底板承擔。

根據上述工作原理，圖1主包邊裝置存在如下幾個問題：

（1）連接螺栓易斷裂：汽車門蓋零件周圍單邊待包邊長度有時長達1 200 mm以上，為了滿足包邊力要求，通常要增大動力缸的壓力值使作用在零件上的力增大。這樣做的后果是致使連接主包機構與底板的螺栓斷裂。

（2）維修困難：由于包邊機構與模腔間的空間狹小，一旦出現主包機構與底板的螺栓斷裂，維修非常困難。

（3）維修耗時長：當出現主包機構與底板的螺栓斷裂，維修時需要拆掉附近機構，裝卸時間長，影響正常生產效率。

2 自卸力包邊裝置

2.1 機構特點

為解決上述問題、提高汽車門蓋生產效率、提升包邊質量，對上述包邊裝置進行了重大改進，改變了包邊壓力的傳遞路徑，使其避開底板而形成新的包邊壓力傳遞閉環，徹底解決了包邊底座與底板連接螺栓受力過大而斷裂的問題。該新型門蓋主包邊裝置如圖3所示。

圖3 新型門蓋主包邊裝置圖

其機構原理圖如圖4所示。

圖4 自卸力包邊裝置機構圖

該新型包邊裝置主要由主包機構、模腔、底板三部分組成，其中主包邊機構的主要部件如下：

底座（3）：支撐整個主包邊機構，并與底板連接固定；

動力缸（4）：與液壓站相連，提供包邊動力；

連桿（5）：與驅動力臂（6）協同組成平行四聯桿機構，以保證包邊刀（8）的運行軌跡和包邊壓力的方向；

驅動力臂（6）：與動力缸（4）相連，傳遞包邊動力到施力刀架（7）與包邊刀（8）；

施力刀架（7）：連接包邊刀（8）和由連桿（5）、驅動力臂（6）所組成的動力傳遞機構；

包邊刀（8）：與施力刀架（7）連接，執行主包邊動作；

卸力臂（9）：由雙臂組成，均鉸接于底座（3）上，一端安裝動力缸（4），另一端上表面扣住模腔（2），是形成動力閉環的關鍵。

本設計的核心要點是在主包機構中特增設了卸力臂。該卸力臂一端與驅動缸相連接，另一端在工作時作用在模腔上，使原主包邊裝置的力的傳遞途徑有所改變，形成新的力的閉環，使得動力傳遞不經過底板，從而避免了底座安裝螺釘的斷裂。新機構對車門零件的工作方式沒有太大變化，而模腔則需要在相應位置增設空間供卸力臂布置和施力作用。

2.2 動力缸選型

以液壓驅動方式為例，為滿足的單位長度包邊力（下文以Q來表示，通常Q≥15 kg/mm）的需求，針對不同的包邊長度（L），需選用不同缸徑（D）的油缸。當液壓系統工作壓強為P時，油缸輸出力計算公式為：

F1=（D/2）2× P

設動力臂為L1，阻力臂為L2，作用力方向和被作用面法向的夾角（銳角）為α，根據杠桿平衡原理得出施力刀架輸出力為：

F2=F1× L1/L2= π（D/2）2× P × L1/L2

包邊壓力F為：

F=F2× cosα = π（D/2）2× P × L1× cosα/L2

為滿足包邊需求，每毫米長度的壓力不小于Q，即

F/L=（D/2）2× P × L1× cosα/L2/L ≥ Q

依據上式推導，在包邊長度已知的情況下，為滿足包邊壓力，液壓缸徑的滿足條件為：

3 新機構工作原理及優點

自卸力包邊裝置工作時，如圖5所示，力的傳遞路徑有兩個為：（1）動力缸→卸力臂→模腔；（2）動力缸→驅動力臂→施力刀架→包邊刀→包邊工件→模腔；傳遞到包邊刀的力完成包邊動作。

圖5 自卸力包邊裝置剖視圖

增加卸力臂后，包邊力的傳遞路徑改變為“動力缸→驅動力臂→施力刀架→包邊刀→包邊工件→模腔→卸力臂→動力缸”，原本傳遞到底板上的力改為經卸力臂傳遞到模腔上，使得包邊力的傳遞閉環避開了底板這個鏈節，最終改由模腔來承擔。在包邊工作時，主包機構與底板的連接螺栓只承擔固定包邊機構的扭緊力，而不再承擔包邊力，大大減少了螺栓斷裂風險，便于壓力的增加，確保了門蓋工件的包邊質量，減少了維修故障，提高了生產效率。

4 試驗驗證

經某車型滑移中門項目（左右中門共采用8套自卸力包邊機構）小規模大批量長周期生產驗證，效果良好。具體驗證數據如下：

驗證周期：12個月（月工作日22天；日工作時長21.5小時）

生產節拍：60JPH

產量計算：60×21.5×22×12=340 560（臺）

經34萬余臺次生產驗證，所有8套自卸力包邊機構均未出現底板安裝螺釘斷裂現象，包邊質量良好，設備運行效率達96%.

5 結束語

自卸力包邊裝置徹底解決了原主包邊裝置的主要問題，包邊質量良好，設備運行穩定性大幅提升，故障率降低15%，運行效率達95%以上。該新型包邊裝置尤為適合高節拍、大產量車型的門蓋包邊，具有較高的推廣價值。