反向沖壓機構在翻邊沖孔模中的改進方案

馬寶順，孫福春，馬駿驍，鄧 磊，胡俊濤

（1.盤起工業（大連）有限公司，遼寧大連 116600；2.清華大學工業設計系交通工具造型，北京 100084；3.天津汽車模具股份有限公司，天津 300308；4.聯合彈簧（天津）有限公司，天津 300350）

1 引言

降本增效，始終是工業發展的主題，尤其是汽車工業，將會在第四次工業革命的“中國制造2025”和“十四五規劃”實施期間得到發揚光大。對于汽車模具而言，將沖壓工藝的二序合為一序，無疑對模具成本降低起到重要作用，并提升了沖壓效率，可謂一舉兩得。本文所介紹的反向沖壓機構，就是將傳統反向翻邊和沖孔工藝合二為一：翻邊沖孔模，并對反向沖壓機構做出重大改進，除結構更加緊湊以外，面對高強板沖壓，對沖壓回程的可靠性和沖壓效率提升意義重大。

2 傳統反向沖壓機構分析

如圖1、圖2所示，傳統反向沖壓機構主要由驅動塊、橫滑塊、主滑塊和機構座體等幾大部分組成。

圖1 傳統反向沖壓機構示意圖

圖2 傳統反向沖壓機構示意圖

21世紀初問世的反向沖壓機構，在減少沖壓工序方面，對汽車車身沖壓做出巨大貢獻。但面對高強板和超高強板沖壓，傳統反向沖壓機構有如下不足：機構的主體部件的驅動塊、滑塊座、滑塊等多選用鑄鐵材料，其材料的強度等級不足以應對高強板和超高強板，在完成反向沖壓工藝的抗載荷沖擊的能力就受到很大局限。

傳統反向沖壓機構，反向力的傳遞是通過驅動塊驅動橫滑塊；橫滑塊再傳遞驅動主滑塊，傳遞過程中多組摩擦副參與滑動，勢必阻尼變大，機構回程受到影響；傳統反向沖壓機構的卸料，通常需要借助壓機或者模具本體給予的卸料力來實現，機構本身的復位彈簧力量較小，僅能維持工作滑塊和中間滑塊以及驅動塊的空載復位；傳統反向沖壓機構，由于靠橫滑塊來傳遞動力，機構體積相對比較臃腫，對于緊湊型模具來說，安裝傳統反向沖壓機構占用模具空間較大。因此，在汽車沖壓模具中，尤其是高強板沖壓工藝中，傳統反向沖壓機構不再具有明顯優勢。

3 新型反向沖壓機構分析

如圖3、圖4所示，為了克服以上傳統反向沖壓機構在結構和應對高強板和超高強板沖壓的不足之處，本新型反向沖壓機構的應用目的是要能適用高強板和超高強板沖壓成形技術。

圖3 新型反向沖壓機構示意圖

圖4 新型反向沖壓機構示意圖

為實現上述目的所采用的技術方案是：該新型反向沖壓機構，其特征在于：機構本體通過翻轉軸連接杠桿與擋板，杠桿的兩端通過連桿軸連接驅動塊和滑塊，驅動塊與機構本體和驅動塊擋板通過氮氣彈簧構成反向沖壓機構的驅動單元；工作滑塊與機構本體和滑塊擋板通過拉伸彈簧構成反向沖壓斜楔機構的執行單元；驅動單元通過連桿軸和杠桿與執行單元連接；驅動塊全周設置自潤滑耐磨板，與驅動塊擋板和機構本體構成多重摩擦副；滑塊全周設置自潤滑耐磨板，與滑塊擋板和機構本體構成多重摩擦副；杠桿通過翻轉軸和軸套安裝在機構本體上，杠桿的兩端通過連桿軸和軸套連接有驅動塊和滑塊；氮氣彈簧為緊湊型強力氮氣彈簧，提供強力卸料和機構滑塊復位；拉伸彈簧作為氮氣彈簧的輔助，提供滑塊的輔助復位；該新型反向沖壓機構的本體、驅動塊、滑塊、杠桿、翻轉軸和連桿軸等均采用優良高剛性材料，高剛性材料為42CrMo或35CrMoV或GCr15或40Cr。

該新型反向沖壓機構的優勢在于：使用高剛性材料作為新型反向沖壓機構的主體材料，顯著提高機構的剛性達2倍以上；杠桿結構在汽車沖壓領域首次應用于反向沖壓機構中，可使驅動力1 : 1 傳遞到滑塊上，并顯著降低摩擦阻尼并縮小機構體積；驅動塊與滑塊全周采用耐磨板貼付，提高耐磨性的同時，機構后期維護保養的人機工程良好；采用氮氣彈簧和拉伸彈簧作為機構本身的卸料和復位壓力源，保證卸料力和復位力富足并保證驅動塊和滑塊可靠復位。

4 新型反向沖壓機構實施方案

該新型反向沖壓機構，機構底板1 上連接機構本體23、氮氣彈簧2和拉伸彈簧21，機構本體23中間通過翻轉軸19 安裝有杠桿機構12，杠桿12 的兩端通過連桿軸11、14 分別安裝有驅動塊7 和滑塊17；驅動塊擋板5與機構本體23安裝后，為驅動塊7構成導向，與安裝在底板1 上的氮氣彈簧2 共同構成驅動單元；滑塊擋板18與機構本體23安裝后，為滑塊17構成導向，與拉伸彈簧21共同構成滑塊單元。護蓋13安裝在機構本體23 中間上部，與機構本體23 上部的防塵罩8，共同構成整個機構的防護單元。外力驅動驅動塊7，經杠桿12傳遞給滑塊17，實現對高強板的反向沖壓；外力撤除時，氮氣彈簧2驅動驅動塊7，通過杠桿12傳遞給滑塊17，與拉伸彈簧21 一起實現強力卸料和復位。機構本體23、驅動塊7、滑塊17、杠桿12、翻轉軸19 和連桿軸11、14 均采用高剛性的材料42CrMo、GCr15等；機構上端設置防塵罩8和護蓋13，有效防塵防鐵屑等；驅動單元和執行單元設置有限位機構。

驅動塊7 和滑塊17 全周設置自潤滑耐磨板3、4，與驅動塊擋板5、滑塊擋板18和機構本體23構成多重摩擦副，確保驅動單元和執行單元位移精準；杠桿12通過翻轉軸19 和軸套20 安裝在機構本體上，杠桿12 的兩端通過連桿軸11、14及軸套10、15連接有驅動塊7和工作滑塊17，實現驅動力1:1 有效傳遞；氮氣彈簧2 為緊湊型強力氮氣彈簧，拉伸彈簧21 為強力拉伸彈簧，提供可靠的強力卸料和機構復位；防塵罩8 和護蓋13 組合，有效避免沖壓過程中的粉塵、鐵屑鋁屑等進入摩擦副內，保證機構運行穩定。

該新型反向沖壓機構的幾個關鍵結構或特征如下：

（1）改變傳統反向沖壓機構（見圖2）主要部件的座體12、驅動塊3、橫滑塊10 和主滑塊6 的材料，由鑄鐵材料更換成高剛性材料，機械強度得到顯著提升，經過仿真分析和耐久性試驗，整套機構的剛度提升2 倍以上，沖壓載荷超過2倍。

（2）改變傳統反向沖壓機構（見圖1）驅動塊、橫滑塊和主滑塊的力轉移原理，形成該新型反向沖壓機構（見圖4）杠桿原理的驅動塊7通過杠桿12將沖壓載荷傳遞給滑塊17的1:1力轉移，使得整體機構的體積顯著減小，更適用于緊湊型模具的選用。

（3）改變傳統反向沖壓機構（見圖2）的借助壓機或模具卸料和彈簧復位方式，該新型反向沖壓的高剛性機構（見圖4）采用氮氣彈簧2和拉伸彈簧21進行強力卸料和復位，且運行可靠。

（4）改善傳統反向沖壓機構（見圖2）的動力單元和執行單元摩擦副沒有防塵保護的式樣，新型反向沖壓的高剛性機構（見圖4）機構整體上部設置防塵罩8和護蓋13，以阻止粉塵、鐵屑鋁屑等進入到摩擦副，保證機構運行穩定。

（5）改變傳統反向沖壓斜楔機構（見圖2）的一體式驅動塊、橫滑塊和主滑塊形式，該新型反向沖壓機構（見圖4）的驅動塊7和滑塊17均采用自潤滑耐磨板3、4 貼付，提高強度的同時，還有益于今后的維護保養，人機工程優良。

5 新型反向沖壓機構在翻邊沖孔模中的應用

圖5所示為某車型的后地板3D 數模平面截圖。該沖壓件采用了高強板，主要目的為了減輕車身重量以利節能和提高車身強度以利安全。

圖5 某車型后地板實體示意圖

如圖6 所示，該后地板沖壓件的沖壓成形工序OP30為沖孔翻邊模，沖孔載荷較小，采用的仍為傳統斜楔機構；翻邊長度較大，翻邊力和退料力較大。為保障翻邊成形品質和可靠退料卸料，因此采用了兩套新型反向沖壓機構對該后地板沖壓件的兩側進行翻邊成形（圖示兩側A部分為安裝在新型反向沖壓機構滑塊上的翻邊成形刀塊）。

圖6 新型反向沖壓機構翻邊成形模具局部示意圖

使用該新型反向沖壓機構的翻邊沖孔模在沖壓線上表現優異，全線運行穩定，制件成形品質優良。

6 總結

相比傳統反向沖壓機構，該新型反向沖壓機構的顯優勢在于：采用杠桿結構，實現1:1 力傳遞，結構緊湊，更適合二合一沖壓工序；該新型反向沖壓機構的驅動塊、滑塊、座體間均貼付可更換耐磨板，在提高機構本身剛性的基礎上，更有利于日后的模具維護與保養，人機工程優良；該新型反向沖壓機構的回程單元采用了強力氮氣彈簧和拉伸彈簧的組合形式，機構回程和卸料得到可靠保障；使用高剛性材料作為新型反向沖壓機構的主體材料，顯著提高機構剛性達2倍以上。