一種緊湊型主預壓一體式包邊機

陳天才 韋侯念 孫雷

【摘 要】文章介紹一種緊湊型主預壓一體式包邊機，重點介紹了機構的結構特點及工作過程、包邊力學模型、電機的選型、包邊力影響因子及與包邊質量的關系。該包邊機通過滑移機構及多級增力連桿的應用，解決了狹小內窗框桌式包邊無法實現的問題，有效提升汽車門蓋包邊品質及防銹能力。利用伺服動力，解決了液壓漏油的環境問題和液壓動力不穩定問題，提升了包邊質量，為桌式包邊機的應用推廣提供了新的解決方案。

【關鍵詞】桌式包邊;主預壓一體包邊;窗框包邊

【中圖分類號】U468.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）06-0066-03

1 背景

隨著汽車保有量的增加及經濟形勢的復雜化，汽車市場開始縮小，汽車高速增長的黃金十年結束，汽車行業進入下行通道，搶占潛在客戶十分迫切，競爭壓力凸顯。為滿足客戶的個性化需求，超越客戶期望，汽車廠家必須從內到外提升品質，汽車外觀作為吸引客戶的重要因素，汽車外觀品質提升更為重要。

汽車車門（四門兩蓋）總覆蓋面積占整個車身外觀的60%以上，是最主要的覆蓋件，通常汽車所有的門蓋都是需要包邊的，以兼顧美觀和結合強化。因此，門蓋包邊是車身制造的關鍵環節，包邊質量既關系整車質量，又直接影響車身外觀品質。所以，在汽車制造過程中，控制門蓋包邊質量，不制造缺陷，不傳遞缺陷，不放過缺陷，確保包邊品質，對整車品質提升十分重要。為提高整車的美觀性及減少窗框生銹風險，除了門蓋外輪廓包邊外，還提出了內窗框包邊的要求。

汽車包邊是指通過折邊車門外板，將車門外板和內板焊合在一起的過程。折邊前的外板沖壓折邊角度以90°～105°為佳，在外板和內板貼合面必須涂折邊膠。折邊過程通常分為兩道：預壓和主壓。預壓將外板折邊壓到45°，主壓將外板45°折邊壓到0°，完成包邊過程。

目前，主流車企所采用的典型包邊技術包括壓機包邊、桌式包邊和機器人滾邊3種。壓機包邊具有高節拍優勢;機器人滾邊具有柔性互通、后續投入成本低、均攤單車型占地空間小等優勢;桌式包邊機具有質量可靠、產能高效、前期投入成本低、后期維修保養便捷、易于和門蓋焊裝成線生產的特點，更符合本公司的制造定位策略。基于桌式包邊設備理念，本文介紹一種全新門蓋包邊機構，旨在實現狹小空間的內窗框多條邊的包邊。

2 普通包邊裝置

圖1所示為桌式包邊的普通的主預包裝置結構。

此聯動裝置的主預包由同一個驅動元件推動，在主包機構下壓過程中，通過主預包聯動桿推動預包機構完成預包并撤出，主包機構繼續下壓完成主包動作，在一個運動周期內完成主預包動作。但此機構復雜，雖然動作一步完成，但是預壓刀、預壓刀架、主壓刀、主要刀架不能共用，結構龐大，無法實現窗框狹小空間的包邊，采用液壓，動力穩定性差，漏液會污染環境。

3 緊湊型主預壓一體式包邊機

3.1 機構特點

利用普通包邊機構進行窗框包邊，主要面臨2個方面的問題：①壓刀空間不夠，無法進行包邊;②機構布局空間不夠，無法進行多條窗框同時包邊。

為了解決問題①，我們需要設計一種水平安裝、水平移動且不用切換的主預壓刀合體的壓刀機構，可以在有限的窗框導軌空間內實現包邊，具體如圖2所示。

為了解決問題②，需要將窗口的主體機構引出布在窗框外側，僅壓刀及刀架部分布在窗框內側，并利用滑移機構推進推出，具體如圖3所示。

最終，我們設計了一種緊湊型主預壓一體式窗框包邊機構（如圖4所示），能實現狹小窗框內的多條邊同時包邊。其工作過程如下。

（1）車門零件輸送到位，并完成夾緊定位，中部滑移氣缸14推動主體機構到主包位置，然后前主預壓切換限位機構13切換到預包狀態，中部滑移氣缸推動主體機構到預包位置，然后后主預壓切換限位機構10切換到預包狀態，鎖死主體機構，防止在預包時，主體機構受水平分力而滑動，影響包邊質量的穩定性。

（2）伺服電機帶動滾珠絲桿旋轉，將輸出扭矩轉化成前后方向的推力，帶動連桿二與連桿三轉動。

（3）同時推動連桿五與連桿一圍繞其固定支點轉動，通過連桿三與連桿二組成的增力鉸鏈完成力的放大效果，當連桿二和連桿三夾角達到170°，增力可以放大11倍，當連桿二和連桿三的夾角接近于180°時，理論上增力可以無限大。

（4）刀架和壓刀在連桿一和連桿五的帶動下，往下向后（電機位置為后）做平行四邊形運動，最終實現外板翻邊的45°預壓。

（5）當預包邊完成后，電機反向轉動，壓刀完成打開。

（6）后主預壓切換限位機構10切換到主壓狀態，中部滑移氣缸14拉動整個主預包主體機構到主包位置，前主預壓切換限位機構13切換到初始狀態，實現整個機構后退9 mm，電機正向運轉，所有連桿座預壓步驟時同樣的運動，可以實現主壓面貼合零件，實現0°包邊。

（7）重復步驟5工作，壓刀完成打開。

（8）中部滑移氣缸14拉動整個主預包主體機構回到初始避讓位置，打開整個定位夾緊機構，車門包邊總成升起并輸送到包邊設備外，完成一個循環。

3.2 動力電機選型

圖5為緊湊型主預壓一體式包邊機簡化力學模型圖，其中F 1為滾珠絲杠推力，F 5為主壓力，F 6為預壓力，其中角度β=2α，因此：

F 5=F 6

為了確保包邊質量，通常要求單位長度包邊力不得小于一個極限值，假設這個極限值為Q，包邊長度為L，因此：

F 5/L≥Q

F 5=F 4×COSα

F 4×Lde=F 2×LCD

由于F 1的方向為F 2和F 3的角平分線方向，因此：

F 2=F 3

F 1/2=F 2·COS（γ/2）

綜上，F 1≥[2×Q×L×Lde COS（γ/2）]/（COSα×LCD）

假設電機額定功率為P，電機額定轉矩為T，電機額定轉速為W，減速機傳動比為i，傳動效率為η1，滾珠絲杠導程為ρ，滾珠絲杠傳動效率為η2，電機有效輸送功率為P’，滾珠絲杠轉速為W’，則：

P=T×W

W’=W/i

P’=P×η1×η2=T×W×η1×η2=F 1×W/i/（2π）×ρ

綜上，最終得出如下電機額定轉矩的需求公式：

T≥（2×Q×L×Lde×COS（γ/2）×ρ）/（COSα×LCD×i×2π×η1×η2）

3.3 包邊力FL影響因子及與包邊質量的關系

包邊力F L的大小直接影響包邊質量，其與各個參數的公式關系如下：

F L=T×（COSα×LCD×i×2π×η1×η2）/（2×L×Lde×COS（γ/2）×ρ）

由公式可知，包邊力的大小與T、η1、η2、LCD成正比關系，與α的余弦函數成正比關系，與L、Lde、ρ成反比關系，與γ的余弦函數成反比關系。

在綜合成本和通用性，T、i、η1、η2、ρ參數可選性變化有限，同時這些參數成反比和正比函數，反比函數參數值變化區間非在靠近零位附近，對包邊力F L影響小。

由于空間有限，LCD、Lde變化有限，因此對包邊力F L影響小。L由產品結構決定，是非可選參數。

α決定了F 4對主壓力和預壓力的大小，同時也決定了在提供主壓力和預壓力的同時，垂直坐標系分力的大小，分力決定了包邊輪廓卷入卷出量，為了得到較好的包邊質量，主預壓效果好，通常β=2α，F 4在主壓力F 5和預壓力F 6的角平分線上。

理論上，γ可以設計到接近180°，當γ接近180°時，COS（γ/2）趨近于0，其反比無限大，為了防過死點和壓力過大，將包邊圓角壓變形，通常將γ設計到170°，并做限位，可以將包邊力放大約11倍，此角度有利于包邊質量穩定。

4 試驗驗證

經現場在產車型多個側門窗框包邊的多套機構同步運行驗證，效果表現均較好。驗證數據及結果如下。

驗證周期：兩年（每個月有效運行天數21.75 d;每天有效運行時間21.5 h），踢出年法定節假日10 d;每小時生產臺量：60臺。

總產量：60×（21.75×24-10×2）×21.5=647 580（臺）

經過60多萬臺車實際生產驗證，所有驗證機構（共計12臺）運行穩定，無4 h以上的停線故障，達到了普通包邊機構的運行效果，運行效率大于95%。得到使用車間的和維修伙伴的一致好評。

5 結語

該機構解決了普通機構無法實現窗框狹小空間內多面包邊的問題，經過2年多時間多個項目的生產運行驗證，窗框包邊質量良好，未發現窗框包邊生銹問題，對整個門蓋品質提升有一定的促進作用。該機構尤為適合窗框多條邊同步包邊、水切窗臺包邊等空間狹小位置，運行節拍較高，配合普通包邊機構，可以滿足所有門蓋的包邊需求，推廣意義大。

參 考 文 獻

[1]農明滿.四桿機構在車門包邊上的應用[J].企業科技與發展，2017（2）.

[2]楊磊.一種主預包聯動包邊機構[J].機械工程師，2015（2）.

[3]程楠.基于CN100車型臺式包邊機的設計[J].汽車工藝與材料，2012（10）.

[責任編輯：鐘聲賢]