反向沖壓機構(gòu)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(yè)（大連）有限公司，遼寧大連 116600；2.清華大學(xué)工業(yè)設(shè)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(lián)合彈簧（天津）有限公司，天津 300350）

1 引言

降本增效，始終是工業(yè)發(fā)展的主題，尤其是汽車工業(yè)，將會在第四次工業(yè)革命的“中國制造2025”和“十四五規(guī)劃”實施期間得到發(fā)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(gòu)，就是將傳統(tǒng)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(gòu)做出重大改進，除結(jié)構(gòu)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(tǒng)反向沖壓機構(gòu)分析

如圖1、圖2所示，傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)主要由驅(qū)動塊、橫滑塊、主滑塊和機構(gòu)座體等幾大部分組成。

圖1 傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)示意圖

圖2 傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)示意圖

21世紀(jì)初問世的反向沖壓機構(gòu)，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(tǒng)反向沖壓機構(gòu)有如下不足：機構(gòu)的主體部件的驅(qū)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(yīng)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(tǒng)反向沖壓機構(gòu)，反向力的傳遞是通過驅(qū)動塊驅(qū)動橫滑塊；橫滑塊再傳遞驅(qū)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(gòu)回程受到影響；傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)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(xiàn)，機構(gòu)本身的復(fù)位彈簧力量較小，僅能維持工作滑塊和中間滑塊以及驅(qū)動塊的空載復(fù)位；傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)，由于靠橫滑塊來傳遞動力，機構(gòu)體積相對比較臃腫，對于緊湊型模具來說，安裝傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)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(tǒng)反向沖壓機構(gòu)不再具有明顯優(yōu)勢。

3 新型反向沖壓機構(gòu)分析

如圖3、圖4所示，為了克服以上傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)在結(jié)構(gòu)和應(yīng)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(gòu)的應(yīng)用目的是要能適用高強板和超高強板沖壓成形技術(shù)。

圖3 新型反向沖壓機構(gòu)示意圖

圖4 新型反向沖壓機構(gòu)示意圖

為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：該新型反向沖壓機構(gòu)，其特征在于：機構(gòu)本體通過翻轉(zhuǎn)軸連接杠桿與擋板，杠桿的兩端通過連桿軸連接驅(qū)動塊和滑塊，驅(qū)動塊與機構(gòu)本體和驅(qū)動塊擋板通過氮氣彈簧構(gòu)成反向沖壓機構(gòu)的驅(qū)動單元；工作滑塊與機構(gòu)本體和滑塊擋板通過拉伸彈簧構(gòu)成反向沖壓斜楔機構(gòu)的執(zhí)行單元；驅(qū)動單元通過連桿軸和杠桿與執(zhí)行單元連接；驅(qū)動塊全周設(shè)置自潤滑耐磨板，與驅(qū)動塊擋板和機構(gòu)本體構(gòu)成多重摩擦副；滑塊全周設(shè)置自潤滑耐磨板，與滑塊擋板和機構(gòu)本體構(gòu)成多重摩擦副；杠桿通過翻轉(zhuǎn)軸和軸套安裝在機構(gòu)本體上，杠桿的兩端通過連桿軸和軸套連接有驅(qū)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(gòu)滑塊復(fù)位；拉伸彈簧作為氮氣彈簧的輔助，提供滑塊的輔助復(fù)位；該新型反向沖壓機構(gòu)的本體、驅(qū)動塊、滑塊、杠桿、翻轉(zhuǎn)軸和連桿軸等均采用優(yōu)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(gòu)的優(yōu)勢在于：使用高剛性材料作為新型反向沖壓機構(gòu)的主體材料，顯著提高機構(gòu)的剛性達2倍以上；杠桿結(jié)構(gòu)在汽車沖壓領(lǐng)域首次應(yīng)用于反向沖壓機構(gòu)中，可使驅(qū)動力1 : 1 傳遞到滑塊上，并顯著降低摩擦阻尼并縮小機構(gòu)體積；驅(qū)動塊與滑塊全周采用耐磨板貼付，提高耐磨性的同時，機構(gòu)后期維護保養(yǎng)的人機工程良好；采用氮氣彈簧和拉伸彈簧作為機構(gòu)本身的卸料和復(fù)位壓力源，保證卸料力和復(fù)位力富足并保證驅(qū)動塊和滑塊可靠復(fù)位。

4 新型反向沖壓機構(gòu)實施方案

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

驅(qū)動塊7 和滑塊17 全周設(shè)置自潤滑耐磨板3、4，與驅(qū)動塊擋板5、滑塊擋板18和機構(gòu)本體23構(gòu)成多重摩擦副，確保驅(qū)動單元和執(zhí)行單元位移精準(zhǔn)；杠桿12通過翻轉(zhuǎn)軸19 和軸套20 安裝在機構(gòu)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(qū)動塊7和工作滑塊17，實現(xiàn)驅(qū)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(gòu)復(fù)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(nèi)，保證機構(gòu)運行穩(wěn)定。

該新型反向沖壓機構(gòu)的幾個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或特征如下：

（1）改變傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)（見圖2）主要部件的座體12、驅(qū)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(jīng)過仿真分析和耐久性試驗，整套機構(gòu)的剛度提升2 倍以上，沖壓載荷超過2倍。

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

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

（4）改善傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)（見圖2）的動力單元和執(zhí)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(gòu)（見圖4）機構(gòu)整體上部設(shè)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(gòu)運行穩(wěn)定。

（5）改變傳統(tǒng)反向沖壓斜楔機構(gòu)（見圖2）的一體式驅(qū)動塊、橫滑塊和主滑塊形式，該新型反向沖壓機構(gòu)（見圖4）的驅(qū)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(yǎng)，人機工程優(yōu)良。

5 新型反向沖壓機構(gòu)在翻邊沖孔模中的應(yīng)用

圖5所示為某車型的后地板3D 數(shù)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(jié)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(tǒng)斜楔機構(gòu)；翻邊長度較大，翻邊力和退料力較大。為保障翻邊成形品質(zhì)和可靠退料卸料，因此采用了兩套新型反向沖壓機構(gòu)對該后地板沖壓件的兩側(cè)進行翻邊成形（圖示兩側(cè)A部分為安裝在新型反向沖壓機構(gòu)滑塊上的翻邊成形刀塊）。

圖6 新型反向沖壓機構(gòu)翻邊成形模具局部示意圖

使用該新型反向沖壓機構(gòu)的翻邊沖孔模在沖壓線上表現(xiàn)優(yōu)異，全線運行穩(wěn)定，制件成形品質(zhì)優(yōu)良。

6 總結(jié)

相比傳統(tǒng)反向沖壓機構(gòu)，該新型反向沖壓機構(gòu)的顯優(yōu)勢在于：采用杠桿結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)1:1 力傳遞，結(jié)構(gòu)緊湊，更適合二合一沖壓工序；該新型反向沖壓機構(gòu)的驅(qū)動塊、滑塊、座體間均貼付可更換耐磨板，在提高機構(gòu)本身剛性的基礎(chǔ)上，更有利于日后的模具維護與保養(yǎng)，人機工程優(yōu)良；該新型反向沖壓機構(gòu)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(gòu)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(gòu)的主體材料，顯著提高機構(gòu)剛性達2倍以上。