包邊模新型壓合機構的設計與加工

□ 許國紅 □ 張站東

1.昆明理工大學 城市學院 昆明 650051

2.安徽江淮福臻車體裝備有限公司 合肥 230601

1 皮卡車發(fā)動機蓋零件成形工藝分析

汽車覆蓋件包邊模具主要應用在汽車車門、行李箱蓋、發(fā)動機蓋等外板的成形，其結構設計的優(yōu)劣直接影響汽車覆蓋件的質量［1－3］，如制件包邊后棱線是否順暢、各制件間搭接間隙是否均勻等。為保證包邊后的產(chǎn)品品質，現(xiàn)以某項目發(fā)動機蓋（以下簡稱發(fā)蓋）為例，對其成形工藝、結構設計過程進行分析。

圖1所示為某皮卡車型發(fā)蓋總成件，由發(fā)蓋外板、發(fā)蓋內板通過包邊模具壓合而成，總成件的外形尺寸為1 100 mm×1 550 mm×200 mm。沿著圖X中心線剖切得出圖2所示的零件X-X的旋轉剖切面，從圖2中放大顯示，可看出水滴包邊處預彎面較長且角度較小，為保證壓合刀塊開始工作時預彎刀塊退出危險區(qū)域，避免干涉情況的發(fā)生，必須采用合適的預彎機構；圖2放大處還顯示，零件壓合完成后與沖壓方向的夾角很小，為17.0°（小于30°），如果沿沖壓方向對板件進行壓合，必然會出現(xiàn)褶皺、缺料、產(chǎn)品滑移等現(xiàn)象。按照理論沖壓角度，壓合刀塊與凸模沿法向方向作用于零件最理想的角度為90°，也可以是30°。

▲圖1 發(fā)蓋內外板總成件示意圖

▲圖2 X-X剖切和局部放大圖

2 發(fā)蓋加工預彎機構

▲圖3 45°預彎機構工作過程示意圖

▲圖4 70°預彎機構工作過程示意圖

▲圖5 45°、70°預彎機構行程示意圖

圖3 為常用45°預彎機構的工作過程,圖4為70°預彎機構的工作過程,通過兩者對比可以看出區(qū)別:從擺動塊的擺動角度看,45°預彎機構的擺動角度只有15°,而 70°預彎機構的擺動角度為 25°。 圖 5 為45°預彎機構與70°預彎機構的工作過程圖,不難看出,45°預彎機構運動方向與水平方向的夾角由30°過渡到45°,70°預彎斜楔與水平方向的夾角由 45°過渡到70°。由此可見，圖2處零件展開角度比較大且比較平緩的部分一般需要采用45°的預彎機構來解決,而圖2放大板件與沖壓方向夾角比較小，且水滴包邊位置需要的片體又較長，為保證預彎機構在壓合臨界狀態(tài)時退出危險區(qū)域，綜合分析采用70°預彎機構比較合適。

因45°與70°預彎機構的開始預彎點不同，應確保板件同時預彎。若板件不同時預彎，則會造成制件竄動、內板定位孔被拉毛的情況出現(xiàn)，解決的辦法是根據(jù)板件預彎的實際情況，調整預彎機構的標準閉合高度，使其達到同時預彎的狀態(tài)。一般為板件的角度部分最先開始預彎，將角度部分的積料展開，積料展開5～10 mm后其它部位開始同步預彎。

3 擺動壓合機構

擺動壓合機構是為了解決傳統(tǒng)包邊壓合過程中容易造成制件的褶皺、缺料等問題而設計的，采取的措施是改變包邊壓合刀塊對制件的施力方向。

如圖6所示，開模狀態(tài)下，壓合機構本體與初位限位塊接觸后不再因重力而旋轉。在合模過程中，新型壓合機構向下運動，當從動滾軸與驅動機構接觸時，驅動機構中的施力導板給壓合機構本體一個向上的作用力，推動它繞旋轉軸旋轉，包邊壓合刀塊在機構的帶動下繞旋轉軸旋轉，從而實現(xiàn)沿制件表面法向壓合。

▲圖6 擺動壓合機構結構圖

在模具運動過程中，包邊壓合刀塊的運動軌跡如圖7所示，它在整個運動過程旋轉10°，選其中的 4個狀態(tài)，初始狀態(tài)為旋轉0°時的位置，以后依次為5°、8°、10°，運動方向為制件表面的法線方向，所以能夠實現(xiàn)沿制件表面法向壓合完成包邊。沖壓結束時，終止限位塊限制機構旋轉，包邊壓合刀塊完成壓合步驟。開模狀態(tài)下在復位彈簧和機構自身重力的作用下保證壓合機構本體 回復至初始狀態(tài)，進行下次循環(huán)。此新型壓合機構是由壓合機構本體和驅動機構構成。驅動機構固定在下模座上通過從滾動軸將力傳遞給壓合機構本體，在旋轉軸的作用下改變力的運動方向，從而實現(xiàn)沿制件表面法向壓合。

4 模具結構設計關鍵要素

4.1 包邊模下模結構設計

圖8是包邊模的下模結構設計圖，根據(jù)以上的分析，在送料方向的進料側由于板件比較平緩，展開角度比較大，采用45°的預彎機構，能夠滿足工作生產(chǎn)需求。在模具的出料側采用擺動斜楔壓合機構，使壓合刀塊的運動軌跡盡可能沿著制件的法線方向，從而提高產(chǎn)品外觀品質。

▲圖7 新型壓合機構的刀塊運動軌跡

▲圖8 包邊模下模結構

設計下模結構時需要注意以下問題。

（1）在進行包邊模具設計時，首先要明確模具的沖壓方向和送料方向。沖壓方向的制定主要取決于發(fā)蓋內板的基準孔的沖壓方向，一般的包邊模具采用兩個基準孔：一個圓形的作為主定位，一個菱形的作為輔定位（圓形、菱形的定位孔形狀是根據(jù)檢具來確定的）。一般主定位比輔定位先導入5～10 mm。發(fā)蓋內板依靠左導向板上的導正銷來確定發(fā)蓋內外板之間的相對位置，只有當導正銷與發(fā)蓋內板的基準孔完全貼合，發(fā)蓋內外板之間的相對位置才最終固定。

（2）為保證電機的同步性，象發(fā)蓋類比較平緩的板件一般用一個主動傳輸機構加萬向節(jié)連接一個從動傳輸機構進行送取料。

（3）選用預彎機構時,要考慮預彎刀塊及其安裝座的最大質量不能超過預彎機構彈簧的初始張力,如果質量過大,預彎機構就不能復位。此時可以考慮自制一個輔助回位機構。

（4）預彎角度的設計一般為30～40°，其它平緩的部位為40～45°。此發(fā)蓋出料側有水滴且水滴的高度大于4 mm。此時預彎刀塊根部一定要加工成10 mm的圓弧角，讓預彎片體沿著圓弧角運動，從而確保水滴的飽滿度。

4.2 包邊模上模結構設計

圖9是包邊模的上模結構圖,清晰地顯示了擺動壓合機構的結構。設計上模結構時要注意以下問題。

▲圖9 包邊模上模結構

（1）由于擺動壓合刀塊在擺動過程中需要有一定的擺動空間,而上模壓料芯的壓合刀塊必須避開這段空間,從而使壓合刀塊 距離扣合部位有一定空間距離,這是擺動斜楔機構不足之處。所以在選用擺動斜楔機構時,要考慮尾門內外板零件的剛性及壓合刀塊的排布密度等綜合因素。

（2）壓料芯與下模之間要增加平衡塊，只有平衡塊與下模相互作用,才可保證壓料芯的平衡，不會把零件壓傷。平衡塊不能穿過零件型面,所以有些平衡塊只能通過U型安裝架穿過扣合凸模安裝座與下模接觸。

（3）在裝配過程中,要經(jīng)常調節(jié)圖8所示的左導向板上安裝的導正銷,所以在設計導正銷時,盡量做成左右方向都可調節(jié)的形式,方便模具調試。

5 結束語

通過此類包邊模具結構的設計，可有效提高制件的設計和成形加工質量。包邊刀塊對制件的壓合方向由很小的角度開始，終止于與制件表面垂直，采用此種機構不會出現(xiàn)褶皺、缺料等現(xiàn)象，從而提高了制件的質量。此類包邊的模具優(yōu)化結構以及提出的模具結構設計關鍵要素，對同行該類模具設計和生產(chǎn)企業(yè)加工具有一定的啟示和參考價值。

［1］ 杜生亞，季國榮，江杰，等.汽車白車身質量控制思路與方法的探討［J］.汽車工藝與材料，2003（11）：32－35.

［2］ 鄭朝鋒,曹旭軍,譚志成.跑車尾門內外板總成扣合模設計疑難分析［J］.模具工業(yè)，2011（37）：25－ 28.

［3］ 王再生.沖模設計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社,1988.