非標斜楔機構設計及其在模具中的應用

尹 康，王世武，王永康，張 曄

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 引言

沖壓加工一般為坐標垂直（Z）方向，而當制件的加工方向是水平或傾斜時，就需要斜楔機構把滑塊沖壓方向改變成工作部件的水平或傾斜方向。標準斜楔(可以直接選用購買)的安裝面寬度和沖壓角度數值是固定的，當遇到超出范圍結構，在工藝、結構及成本加工受限情況下，就需要自制非標斜楔進行結構設計。

2 非標斜楔的應用

非標斜楔多用于大型覆蓋件（如車門、側圍、翼子板等）模具側修邊、側沖孔及側整形時，根據沖壓角度、沖壓工藝等，在滿足工作基礎上自行定制結構，靈活方便且不受結構限制。非標斜楔對沖壓工藝排序有很大幫助，解決復雜制件修邊沖孔成形，能實現模具結構簡單化，成本降低化。

圖1所示為某制件的側修側沖工序，合計10個30°側沖孔（預留1個長圓孔），11個20°側沖孔（預留1個長圓孔），1個20°側修邊，1個10°側沖孔和側修邊，沖孔多又密。

圖1 制件孔位示意圖

CAM30所有沖孔密布在900mm長范圍內，標準斜楔如果用一個，模具結構限制大，如果用兩個或多個，又無法合理布局。結合自身特點，采用非標斜楔設計，解決所有沖孔問題。

CAM20所有沖孔密布在500mm長范圍內，可勉強采用標準斜楔，但由于標準斜楔滑塊面太短，也需要增加墊板保證孔位安裝。

3 模具結構對比

3.1 采用標準斜楔機構的模具圖

圖2所示標準斜楔滑塊座寬度尺寸370mm，調整合適位置后，壓料芯為避讓滑塊座，靠近制件端寬度方向必須減少，致使鑲塊壓料面距制件X向最小懸空60mm，Y向懸空140mm，起不到很好的壓料作用，制件沖孔容易出現毛刺；鑲塊自身結構也比較單薄，長期使用存在斷裂風險，機床工作中斷裂更容易引起生產事故。

圖2 下模座、壓料芯和標準斜楔機構

圖3所示上模總長2,280mm，因為標準斜楔整體輪廓加大，中部1,780×950×300mm空間無法布置X向或Y向加強筋，模具兩處端頭沒有有效連接，結構比較單薄，鑄造也容易發生扭曲。

圖3 上模座結構

3.2 采用自制非標斜楔機構的模具圖

圖4所示壓料芯壓料面X向懸空30mm，鑲塊Y向懸空60mm，需要沖孔的部位縱向彈簧力能直接作用上，滿足壓料條件。

圖4 下模座、壓料芯和非標斜楔機構

圖5所示上模總長2,280mm，在Y向475mm位置處有一條粗40mm的筋板貫穿X向，連接兩個端頭，極大增加了上模強度。

圖5 上模座結構

3.3 對比結論

非標斜楔機構的使用可以把復雜模具結構簡單化，在提高模具強度，優化制件成形方面起很大作用。

4 非標斜楔設計

斜楔根據實際生產不同要求，大致可分為正裝斜楔、吊裝斜楔、輥輪斜楔、反向斜楔等多種類型，根據角度不同，大概又可分為水平斜楔和傾斜斜楔，通常用正裝和吊裝兩種斜楔。

4.1 結構簡介

圖6所示為圖1制件CAM30側沖孔的吊裝式非標斜楔，主要包括驅動器1、滑塊5和滑塊座9等3大部件。工作時，滑塊5和滑塊座9一起隨上模向下運動，與驅動器1接觸并使其沿傾斜角度方向運動，直到沖壓結束完成加工動作。當斜楔回程時，滑塊5在回程彈簧合件14、安全螺栓8等復位部件作用下根據行程分解方向運動，復位到原始狀態。

圖6 吊裝非標斜楔

4.2 結構設計

4.2.1 斜楔行程圖

斜楔行程圖是反應斜楔運動關系的圖，是設計斜楔機構的基礎。非標斜楔首先要確定整體機構的斜楔行程圖，包括滑塊行程、滑塊角度、驅動器角度等因素。

斜楔角度：標準角度50°。

圖7所示為上述制件斜楔行程圖，滑塊沖壓角度30°，驅動器與滑塊成50°夾角。43.4為滑塊行程，由兩部分距離確定，一部分根據沖孔運動方向上加工所需的行程量確定,另一部分考慮制件取出和放入時所必需的最小操作間隙。行程確定后，通過夾角可以計算出整個斜楔圖各部位行程。

圖7 斜楔行程圖

4.2.2 斜楔機構各部位設計圖

斜楔機構由于其角度較多，整體結構復雜，需要思路清晰，統籌規劃，并逐一完成各部件結構。設計合理性、各部位之間行程準確度關系整個斜楔加工、裝配、調試各個階段，甚至影響模具質量。

如下為3部件詳細介紹：

（1）滑塊部件。

圖8所示正面為安裝面，進行凸模和修邊鑲塊等工作部件的安裝。

圖8 非標斜楔滑塊（部件5）

滑塊長度L根據所沖孔跨度確定，寬度W根據滑塊與驅動器接觸面上力的作用情況確定，應使其開始動作前與接觸面上力的作用線通過滑塊與驅動器的滑動面，高度H標準情況小于寬度W（H∶W=1∶1-2）。

尺寸確定后，結合斜楔圖確定滑塊角度，配合安裝安全。

（2）驅動器部件。

圖9所示驅動器負責導向滑塊進行沖孔動作，角度與沖孔方向一致，凸V型導板與滑塊凹V型導板配合平導板進行滑配運動，保證沖孔精度。

圖9 非標斜楔驅動器（部件1）

驅動器的長度L與滑塊配合設計，寬度W滿足大于1.5～2倍的高度H，完成驅動器本體尺寸布置。本體設計完成，通過增加緊固螺釘、銷釘，實現驅動器結構。

（3）滑塊座部件。

圖10所示為滑塊座與滑塊屬于配合運動關系。滑塊座跟隨上模運動，通過壓縮彈簧或氮氣缸等部件，推動滑塊在驅動器上工作，完成修邊沖孔等動作。當運動結束，彈簧和氮氣缸等復位部件拉回滑塊復位，從而完成整個沖程。

圖10 非標斜楔滑塊座（部件9）

4.2.3 自制非標斜楔機構示意圖

依據各部件設計方法，完成非標斜楔的設計，圖11所示為設計完成機構，長920mm，寬390mm，高395mm，重達560kg。圖12所示為非標斜楔應用于模具。

圖11 非標斜楔

圖12 非標斜楔應用于模具

5 結束語

非標斜楔機構是汽車覆蓋件模具的重要結構，其結構靈活，種類較多，可以實現制件各個角度、各種工藝的成形加工，滿足結構需求。非標斜楔的研究能促進汽車產品開發，加速整車研發的多樣性，整車廠也能提供更多大氣美觀的車型供消費者選擇。