隱藏斜楔在多工序復合模中的應用

劉向團，程阿苗，張玲玲，王 濤，詹 卓，袁 奎，王 星

（陜西黃河工模具有限公司，陜西西安 710043）

1 引言

隨著汽車工業的不斷發展，汽車的外觀造型越來越優美，對車身鈑金制件的造型和成形精度的要求越來越高，輕量化、耐腐、防撞、高安全性等要求已成趨勢。在汽車模具設計中，經常會遇到各式各樣形狀復雜的鈑金制件，其工藝方案制定及模具設計難度都非常大。很多制件形狀復雜，孔特別多，空間又狹小，在成形時無法采用常規結構成形，只能根據空間設計非標斜楔。

本文介紹了一種隱藏斜楔結構，可實現在狹小，受限制區域內制件由內向外沖孔，對有類似結構特點的沖壓件的成形方法可提供參考。

2 制件工藝方案分析

圖1所示為某汽車左右后門外腰線加強板，單件外形尺寸為958×286×68mm，料厚為0.65mm，材料為DC03。

圖1 制件結構

該制件單邊形狀復雜，且兩端大小嚴重不均，無任何對稱性。若單件設計模具，模具單邊受力，將影響模具整體強度。經過不同方案的CAE 工藝模擬分析對比，左右共模成形效果更好，故初步方案定為：拉伸→修邊沖孔→修邊沖孔分離→翻邊整形。

該制件孔多且密集：10處小孔，7處大孔，多處孔位間距及其距離外形邊線較近，且存在多個沖裁角度，為了保證模具的使用功能及強度，須將各孔盡量分工序沖裁（見圖2）。翻邊翻孔有兩處向上翻，兩處向下翻（見圖1）。為簡化模具，在定成形工藝方案時，采取將同一翻邊方向的放在同一序，沖孔和翻邊沖壓方向接近的安排在同一序。

圖2 制件角度分析

最終該制件工藝方案確定為：拉伸→修邊沖孔→修邊沖孔分離翻邊→翻邊翻孔整形沖孔，如圖3所示。

該制件兩端頭處的主副定位孔距離邊線僅17.6mm，而且與制件整體角度差較大，故無法在修邊時沖孔，必須在后序進行側沖孔，圖3所示將主副定位孔放在第4工序沖裁，與剩下的翻邊翻孔同序。翻邊的同時沖正面的小圓孔和方孔，翻邊的沖壓方向和這些小孔的法向接近，可以同時正沖實現。

為保證主副定位孔方便沖裁，同時也考慮到在本序之前，左右制件已經分離，為方便取件，該工序制件左右擺放。為兼顧沖孔和翻邊，制件在上一序的基礎上，上下翻轉180°。若直接按前工序翻轉180°擺放制件，則左右兩個斜楔相對，需要的空間很大，所以采取圖3所示OP40的制件擺放方式，將兩個側孔放置在外側，便于設置斜楔。

圖3 工藝方案

3 模具結構分析

該制件需要側沖的主副定位孔處在制件低凹處，若用標準斜楔，則斜楔驅動塊安裝面與型面距離較近，型面掏空太多，壓料芯整體強度較差，同時兩個標準斜楔對稱放置，需要占用非常大的空間，模具也需相應加大，增加了很多不必要的成本。

若采用自制反式倒拉鉤斜楔，如圖4所示，壓料芯沖孔處必須全部避讓開，壓料芯強度差，斜楔結構復雜，裝配加工難度都很大，模具尺寸也較大，且該種斜楔沖孔精度較差，不建議采用。

圖4 反式倒拉鉤斜楔

3.1 隱藏斜楔機構

最終采用圖5 所示的自制隱藏斜楔機構，該機構結構簡單，體積小，節省了很大的空間，相比設計標準斜楔和反式拉鉤斜楔的模具，模具外形單邊最少縮小200～400mm，節約了材料1.5～2t，極大的節約了成本，同時它安裝在壓料芯上，壓料芯不用大面積開避讓，也保證了壓料芯強度；斜楔自身為圓環形導向，類似導柱和導套，沖孔精度更高。

圖5 隱藏斜楔機構

隱藏斜楔機構如圖5 所示，滑塊座1 安裝在上模架上，強制復位板2安裝在滑塊座上，一端連接在滑塊連接板4 上，滑塊連接板與圓形滑塊5 用螺釘銷釘緊固連接成一整體，回程氮氣彈簧6安裝在壓料芯上，在模具開模時推動滑塊連接板4 帶動圓形滑塊5 運動；導向驅動塊7安裝在壓料芯上，完成沖孔動作的標準凸模和固定座安裝在圓形滑塊5上。

3.2 模具結構設計

模具結構如圖6 所示，模具整體采用導板+導柱導向結構，利用隱藏斜楔機構實現從制件內部向外進行沖孔；隱藏斜楔核心部件安裝在上模與壓料芯之間，對壓料芯和上模的導向精度要求比較高，壓料芯上安裝了4個導柱，同時壓料芯四周還有導板導向，來保證導向精度；壓料芯和下模之間安裝了錐形平衡塊，保證壓料芯和下模之間的導向精度，壓料芯隱藏斜楔沖孔部分單獨鑲了鑲塊，便于加工。

圖6 模具結構

3.3 模具工作過程

模具閉合時，將前工序完成的制件放置在凸模16上，機床滑塊帶動上模持續向下運動，壓料芯12接觸制件開始壓料，上模繼續下行，壓料氮氣彈簧25開始壓縮，上模再向下運動，斜楔滑塊座1上導板3開始接觸滑塊連接板4，滑塊連接板4將受到的力量傳遞給圓形滑塊5，由于圓形滑塊5處于圓形導向驅動塊7之中，并受到限位塊8（見圖5）限制，只能沿圓形導向驅動塊7軸向運動，迫使復位氮氣彈簧6受壓縮短；當圓形滑塊5沿圓形導向驅動塊7軸向運動時帶動安裝在他上的側沖孔凸模沿凸模軸向運動，同時上模模腔內其他正沖孔凸模和翻孔凸模隨著機床向下運動；隨著上模繼續下行，側沖孔凸模進入凹模，當復位氮氣彈簧6壓縮到設定的行程后，同時上模也接觸限位塊14，上模停止運動，沖孔翻邊動作完成；運動行程如圖7所示，沖裁的廢料通過凹模下的漏料孔落入廢料盒排出模具。

圖7 運動行程圖

模具開模時，機床滑塊帶動上模向上運動，壓料氮氣彈簧25開始卸載所承受壓力，逐漸恢復初始狀態，滑塊座1隨著上模向上運動，復位氮氣彈簧6開始釋放壓力逐漸恢復，在強制復位板2（見圖5）和復位氮氣彈簧6的共同作用下，圓形滑塊5沿圓形導向驅動塊7軸向運動，隨著運動的進行，當圓形滑塊5上臺階限位面接觸到限位塊8時，無法再沿圓形導向驅動塊7軸向運動，此時復位氮氣彈簧釋放完畢，側沖凸模也脫離凹模，圓形滑塊5與滑塊座1脫離，滑塊座1繼續隨著上模向上運動，同時壓料芯、正沖凸模、翻孔凸模一起隨著上模向上運動，上模運動到設定的高度后停止運動。

該副隱藏斜楔機構的巧妙設計，使得該模具比按常規結構設計，模具單邊縮小200～400mm，節約了材料1.5～3t，節約材料費及加工費約3～6 萬元。在模具行業發展突飛猛進的今天，模具企業已遍布全國各地，如果采用此機構，能為企業節約費用約5萬元，全國幾十萬家模具企業，則節約成本上千萬，經濟效益顯著。

該模具在交付后使用良好，運行穩定，取放件方便，各制件孔位、邊線、面間隙均達客戶要求，制件合格率90%以上，隱藏斜楔沖出孔位準確，為客戶節約了成本，得到客戶一致好評。

4 結束語

本文介紹的新型隱藏斜楔機構減少了模具開發成本及制造成本，此結構原理簡單，沖孔精度高，沖壓出制件孔位準確，送取件方便，對有類似結構特點的制件成形設計有借鑒作用。