壓刀式定位機構在大角度車門包邊的應用

陳天才　韋侯念　孫雷　喬福龍

【摘 要】文章通過對汽車門蓋大角度包邊簡易受力進行分析，研究了定位結構形式對包邊質量的影響，根據驗證結果和實際需求，設計了一種壓刀式定位機構，重點介紹了該機構的結構特點及工作過程，兩種定位機構對總成尺寸影響對比，以及如何合理選擇定位機構。

【關鍵詞】桌式包邊;壓刀式機構;定位

【中圖分類號】U463.834 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）07-0076-03

0 背景

汽車車門包邊是一個復雜的工藝過程，通過特定的包邊設備，將涂完折邊膠的內外板扣合件周圈折邊壓合為一個總成的過程。包邊過程通常分為預壓和主壓兩道包邊，例如翻邊角度大于105°，通常需要進行3道包邊。

如圖1所示，包邊前車門外輪廓翻邊與外板型面的夾角通常為90°，為了保證車門輪廓尺寸和良好的包邊質量，預包機構必須選擇合理的壓入角度，終包機構壓入方向最好保持與外板型面法向平行，機構輸出壓力要保證翻邊完全壓貼;也有某些特征部位需要保留翻邊的地方，只允許壓入30°，則終包角度通過限位裝置實現控制。

其中，內外板定位的可靠性是確保包邊表面質量和尺寸控制的關鍵，在內板定位機構設計前，必須根據產品結構及包邊機構特點，對包邊折彎過程進行充分的受力分析后，以便設計合理的定位機構。

1 普通壓塊式定位機構的特點

根據白車身CDLS（尺寸基準定位策略）車門采用統一的主定位孔。汽車車門的內板零件面積較大，車門內板厚均在0.7～1.0 mm，屬于剛性較差的薄板鈑金件，通常采用“N-2-1”定位夾緊方式，即采用“兩個圓銷+多個壓緊塊”的定位策略，定位內板時定位孔被強行拉入圓柱定位銷，使被定位零件向下撓曲量被最大限度的消除。普通壓塊式定位機構結構如圖2所示。

這種壓塊式定位機構，結構簡單可靠、維護便利、成本低、輕便、節拍高，可以適用于車門大部分位置的定位;其固定式壓塊，需要做主預壓機構的運動分析，分析主預壓機構在運動過程中與固定式壓塊間的安全距離。如圖3所示，為了避免固定式壓塊和壓刀干涉，壓塊只能布在遠離包邊區域的位置（內外板離空區），無法壓到包邊根部，無法實現壓死固定內外板。

對于尾門和發蓋具有復雜造型的包邊，為了實現合件，翻邊角度通常大于105°，同時存在將內外板合門件擺放在包邊底模后，型面和豎直方向夾角較小，夾角接近0°。這種大角度包邊，預壓時，受力狀態較差，容易包邊卷邊，造成包邊外觀質量和尺寸不合;其包邊受力示意如圖4所示。

其中，F1為包邊執行機構對外板翻邊施加的預壓力，F2為包邊底模對車門外板施加的反向支撐力，F3為定位壓塊對車門內板施加的限位力。

由圖4可知，預壓力F1可分解為豎直向下的預壓翻邊折彎力和垂直于外板型面向左的擾動力，如果定位壓塊遠離包邊折彎根部，定位壓塊施力處必然在內外板離空位置，加上內板的剛性不足，定位壓塊施加壓力F3大小受限，傳遞到預壓包邊根部的壓力更有限，所以預壓時，定位壓力不足以抵消垂直于外板型面向左的擾動力，在預壓過程中，外板會被推離包邊底模而變形，預壓翻邊的折彎位置也無法確保按照沖壓圓角位折彎，造車包邊后的型面變形和輪廓內收偏小問題。

2 壓刀式定位機構的原理及特點

針對造型復雜的尾門發蓋，型面接近豎直位置的大角度包邊，我們須設計一種預壓可以定位包邊根部，提供大壓力定位，緊緊壓死內外板貼合處，將內板和外板結合位置固定到包邊底模上，同時主壓時可以避讓開的定位機構。

如圖5所示，設計的定位機構需滿足如下要求：在預壓時，定位刀塊能壓到包邊區域內外板貼合根部。為了避免定位刀塊定位時線性接觸，定位刀塊的定位面須為固定的姿態，不隨定位刀塊的運動而改變，建議用平行四連桿機構。同時，為了避免和由翻邊面和內板凸臺組成的腔體干涉，定位刀塊在靠近定位時，需要做近似水平的運動，所以機構在終端定位位置，運動旋轉點和固定旋轉點組成的連桿必須近似豎直方向。

工程師受壓刀執行機構的啟發，設計了一種壓刀式定位機構。如圖6所示，該機構不僅能做垂直的上升下降，還能做水平的擺動，達到預壓時能定位翻邊型面根部，主壓時能及時縮回，避讓干涉，保證翻邊質量。

壓刀式定位機構和舊的定位壓塊都是安裝在包邊機內板定位總成上，前者是一個小機構，后者是一個簡單的壓塊。壓刀式定位機構的工作原理如下：在內板定位推動氣缸的作用下，壓刀式定位機構隨內板定位總成下降到位，此時壓刀式定位機構的氣缸處于縮回狀態，定位刀塊并未和門蓋零件接觸。隨后，氣缸慢慢伸出，帶動連桿一和連桿二繞轉銷一做逆時針旋轉，連桿三繞轉銷二做逆時針旋轉，推動安裝在連桿四上的定位刀架和定位壓刀向右向下運動，最終實現定位刀塊壓緊門蓋零件翻邊根部的目的。隨后，包邊機開始預壓，預壓完成，壓刀式定位機構做逆向的退回，避讓后續主壓動作，防止干涉。這樣，一個壓刀式定位機構的伸出定位、縮回避讓循環完成。

該機構的特點：①該機構采用近似的平行四連桿機構，經過精確的運動分析，在極限位置能夠做近似的水平退讓，巧妙地避免定位壓刀和預壓完的門蓋零件翻邊干涉。②該機構采用近似的平行四連桿機構，運行平穩，能保證定位壓刀和門蓋零件型面是面接觸定位。③該機構設計有定位鎖死結構，能夠有效地保證定位壓刀的定位精準，防止零件因翻邊受力而攢動，定位可靠性高。④該機構通用性好，只需稍做定位刀架和定位壓刀的更改，便可運用于不同車型門蓋包邊機內板定位總成上。

3 定位機構的選擇

壓刀式定位機構，雖然有定位優勢，但是由于其較普通壓塊式定位機構，結構復雜、維護不便、費用高，節拍相對較低（可以實現與主線匹配的節拍50 JPH），如包邊質量可控，通常采用普通壓塊式定位機構。因此，在前期設計階段，如何根據產品結構正確地選擇定位形式，顯得尤為重要。如圖7所示，以某車型發蓋汽車坐標YZ斷面為例進行分析。

現場驗證，通常當θ小于40°時，預壓力F1對外板的擾動力在外板的外側，產生向內的卷邊力，此時我們必須選擇用壓刀式定位機構，壓住外板翻邊的根部，防止卷邊產生的包邊質量問題;當θ大于等于40°時，F對外板的擾動力在外板的內側，產生向外的圈邊力，由于向外有包邊底模支撐，因此可以選擇普通壓刀式定位機構。

4 試驗驗證

我們選擇某車型具有復雜造型的發蓋做驗證對象，同時選取發蓋兩側與翼子板匹配位置，包邊受力最差的點6S6～6S7段，采用壓刀式定位裝置定位前后生產的發蓋總成，各取樣3件，上總成檢具，測量間隙和段差尺寸，尺寸對比數據如圖8所示。

通過數據對比，采用普通壓塊式定位，間隙普遍超差約-1.0 mm，輪廓表現較理論值偏小約1 mm;段差普遍超差約1.5 mm，型面表現為較理論值下沉約1.5 mm。采用壓刀式定位機構，間隙和段差偏差均在±0.5 mm內，滿足設計尺寸鏈偏差需求。因此，類似發蓋具有復雜造型的門蓋包邊，內外板合門件擺放在包邊底模后，型面和豎直方向夾角較小，夾角接近0°。針對此類包邊，采用壓刀式定位機構，能極大地克服包邊受力較差帶來的包邊質量問題。

5 結語

從2015年至今，此壓刀式定位機構已應用于多個車型發蓋和尾門桌式包邊的定位，經現場50萬件以上生產驗證，包邊質量穩定良好，得到了生產使用車間的肯定。針對復雜造型，產品型面和豎直方向夾角較小，夾角接近0°的產品包邊定位問題，通過此機構的應用得到了完美的解決。同時，應該認識到此機構的缺點，其結構復雜、維護不便、節拍相對較低，對于簡單型面的包邊定位，通常選擇結構簡單的普通壓塊式定位機構。

參 考 文 獻

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