壓合模技術(shù)及應(yīng)用（上）

文／董劍安·上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司

壓合模技術(shù)及應(yīng)用（上）

文／董劍安·上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司

隨著汽車產(chǎn)品的多樣化、個(gè)性化的不斷發(fā)展，越來越多的新車型在市場(chǎng)上涌現(xiàn)，無論哪款車型，都會(huì)有壓合產(chǎn)品的需求。壓合裝備主要用于發(fā)罩、門板、背門、行李箱、帶天窗頂蓋、油箱口蓋等汽車重要覆蓋件的內(nèi)、外板（含其他焊接件）的周圈壓合，也出現(xiàn)在個(gè)別輪罩、側(cè)圍、翼子板的局部區(qū)域上，因此，壓合裝備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，直接影響著汽車的外觀品質(zhì)。

包邊機(jī)和油壓機(jī)上的壓合模技術(shù)以日本發(fā)展的最為成熟。美國(guó)通用汽車公司在中國(guó)新上車型的門蓋線主要為包邊機(jī)上的壓合模和機(jī)器人滾邊壓合兩種，而且以前者居多。汽車覆蓋件壓合模在國(guó)內(nèi)是近十年才發(fā)展起來的一類模具，還沒形成成熟的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雖然已經(jīng)有個(gè)別廠家在做，但仍處于摸索階段，調(diào)試周期很長(zhǎng)，且難以達(dá)到合格產(chǎn)品的要求。

本文從壓合模技術(shù)概況、壓合模的預(yù)壓合、預(yù)壓合機(jī)構(gòu)、預(yù)壓合的時(shí)序及機(jī)構(gòu)間的分界點(diǎn)的選取、終壓合、壓合零件的定位、壓合模的壓料方式、行程線圖的繪制、調(diào)速及干涉檢查、輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、壓合前外板翻邊設(shè)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在設(shè)計(jì)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化及新結(jié)構(gòu)開發(fā)上做了大量細(xì)致和開拓性的工作，使現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)開發(fā)形成了良性的、自主的技術(shù)提升體系。筆者從事了多年汽車壓合模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、校對(duì)和審核工作，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。現(xiàn)撰寫此文，供同行參考。

壓合技術(shù)概況

包邊機(jī)及油壓機(jī)上的壓合模都是在滑塊的一次行程內(nèi)，完成工件的預(yù)彎和終壓工作，形成最終產(chǎn)品。一般包邊機(jī)上的壓合模為自動(dòng)送料，機(jī)、電、氣的一體化設(shè)計(jì)，使其歸屬于自動(dòng)化模具的行列，油壓機(jī)上的壓合模為手動(dòng)送料（滾輪輸送）。以包邊機(jī)上的壓合模為例，工作原理如下：在上滑塊的一次行程中，涂膠后的內(nèi)、外板（其他焊接件）制件輸送到具有初定位結(jié)構(gòu)的舉升架上，隨舉升架落入帶有四周精定位的成形凹模內(nèi)，上壓料板落下，對(duì)內(nèi)板進(jìn)行導(dǎo)正并壓料，上模驅(qū)動(dòng)器通過驅(qū)動(dòng)裝在單連桿、平行連桿、角部連桿等機(jī)構(gòu)上的預(yù)彎刀實(shí)現(xiàn)對(duì)外板的預(yù)彎，預(yù)彎保壓后退回到初始位置，終壓凸模落下，完成最終壓合，上模返回后，舉升架舉起，輸出制件。皮帶傳輸自動(dòng)送料可按用戶要求實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品間的混線。機(jī)、電、氣的一體化設(shè)計(jì)，保證了制件的傳輸、定位、舉升與降落、壓合等的動(dòng)作循環(huán)順序的準(zhǔn)確性，滿足用戶生產(chǎn)節(jié)拍的要求。

壓合的種類按壓合裝備工作方式可分為：包邊機(jī)及油壓機(jī)上的壓合模壓合、機(jī)器人滾邊壓合、多源壓合機(jī)壓合和簡(jiǎn)易式壓合等四大類。壓合模需要安裝到包邊機(jī)或油壓機(jī)上進(jìn)行壓合；機(jī)器人滾邊壓合需要機(jī)器人來參與完成壓合；多源壓合機(jī)可獨(dú)自完成壓合；簡(jiǎn)易式壓合需要人工手持工具來參與完成壓合，常見壓合方式如圖1所示。

圖1 常見壓合方式

根據(jù)車身零件的不同部位，壓合零件按總成分以下幾類：⑴前后門總成壓合；⑵發(fā)動(dòng)機(jī)蓋總成；⑶后背門總成；⑷后行李箱總成；⑸帶天窗頂蓋。

壓合的形式有以下幾種：⑴尖角平壓合用于內(nèi)板較厚或有厚度變化的件，如門板；⑵扁平壓合為最通常類型；⑶凸包壓合一般出現(xiàn)在發(fā)罩的風(fēng)窗側(cè)；⑷自身壓合用于無內(nèi)板及其他加強(qiáng)件的產(chǎn)品，如門窗口內(nèi)的上側(cè)壓合；⑸半開角壓合一般出現(xiàn)在角部和一些過渡區(qū)；⑹全開角壓合一般出現(xiàn)在角部，一般單品沖壓工藝翻邊完成即可。如圖2所示。

圖2 壓合形式

壓合零件的難點(diǎn)及常見缺陷：⑴曲面變化急劇區(qū)的壓合，尤其是角部壓合；⑵門板的窗口壓合，尤其是窗口內(nèi)側(cè)三至四個(gè)方向均要求壓合；⑶產(chǎn)品陡峭部位的壓合；⑷發(fā)罩風(fēng)窗側(cè)的凸包壓合；⑸壓合總成輪廓精度、平整度和面品質(zhì)的達(dá)到。角部壓合缺陷原因一般是該區(qū)域?yàn)槎嗔匣蛏倭系姆叄菀桩a(chǎn)生產(chǎn)品外觀缺陷，門板的窗口壓合一般與外部周圈在一道工序上完成，內(nèi)側(cè)壓合缺陷原因大多為內(nèi)板遮蓋外板或內(nèi)外板的間隙較小。壓合質(zhì)量是一個(gè)綜合因素影響的結(jié)果，判定缺陷具體產(chǎn)生的原因，并提出解決方法，需要很強(qiáng)的綜合能力。

壓合模的預(yù)壓合

預(yù)壓合又叫預(yù)包邊，是指正式刀塊在完成內(nèi)外板包邊之前，為了能更容易包邊而進(jìn)行的預(yù)壓合工序。

預(yù)壓合的基本要素及定義

翻邊角度指外板翻邊面與型面棱線切向矢量件的夾角，如圖6中A所示。一般為105°以下，特殊情況可能達(dá)到110°。

翻邊長(zhǎng)度（翻邊高度）取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，根據(jù)區(qū)域設(shè)定。良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要考慮不同區(qū)域翻邊高度的合理性，如圖6中D所示。

產(chǎn)品傾斜角度指型面棱線切向矢量與水平方向的夾角，如圖6中E所示。

預(yù)壓合角指外板翻邊經(jīng)過預(yù)壓合刀推后與型面棱線切向矢量間的夾角，如圖6中B所示。一般情況下40°＜B＜50°，特殊情況B可達(dá)到60°，45°的預(yù)壓合角度為最佳狀態(tài)。

預(yù)壓合打入角度指預(yù)壓合刀接觸翻邊線時(shí)運(yùn)動(dòng)的切向矢量與水平方向的夾角，如圖6中（E＋F）所示，F(xiàn)代表預(yù)壓合刀打入方向與型面棱線切向矢量的夾角，一般F取20°～60°。當(dāng)F超過60°時(shí)容易出現(xiàn)變形，打入角度（E＋F）最大可到110°，多用于產(chǎn)品傾斜角度大的情況，如后蓋的對(duì)稱兩側(cè)。

連接角度指預(yù)壓合刀工作面在剛剛打入時(shí)與翻邊面間的夾角，如圖6中C所示，一般60°以下，超過60°時(shí)有可能產(chǎn)生壓變形（縱向受壓致橫向變形）。

圖6 預(yù)壓合基本要素

預(yù)壓合加工角度指從預(yù)壓合加工開始到結(jié)束，預(yù)壓合刀口的旋轉(zhuǎn)角度θ，如圖7所示。

預(yù)壓合加工半徑指從預(yù)壓合刀旋轉(zhuǎn)中心到外板翻邊的長(zhǎng)度r，如圖7所示。

圖7 預(yù)壓合加工角度及預(yù)壓合加工半徑

預(yù)壓合打入角的選取

一般直線部位及預(yù)包邊加工時(shí)伸展形少料包邊部分的預(yù)壓合打入角度α一般為45°～60°。發(fā)蓋前端等預(yù)包邊為收縮形多料包邊部分預(yù)包邊進(jìn)入角度α一般為20°～60°。角落部等預(yù)包邊，正式包邊一起收縮，翻邊部分預(yù)包邊進(jìn)入角度α一般為45°～20°，如圖8所示。

圖8 預(yù)壓合打入角

預(yù)壓合打入角與翻邊角的關(guān)系

預(yù)壓合角一般為35°＜B＜50°（45°為最理想的角度），如圖9所示。預(yù)壓角與翻邊角的關(guān)系見表1。預(yù)壓合的打入角及預(yù)壓合角不合理易產(chǎn)生零件缺陷，如預(yù)壓合角一般設(shè)計(jì)角度為45°，角度過大，包邊后易產(chǎn)生波浪和鼓包，如圖10所示。

圖9 翻邊角度

表1 預(yù)壓合角與翻邊角的關(guān)系

圖10 預(yù)壓合角過大的影響

預(yù)壓合機(jī)構(gòu)

預(yù)壓合機(jī)構(gòu)按其工作的運(yùn)動(dòng)方式及運(yùn)動(dòng)軌跡分為以下五種：角部連桿機(jī)構(gòu)、單連桿機(jī)構(gòu)、平行連桿機(jī)構(gòu)、復(fù)合連桿機(jī)構(gòu)、復(fù)合連桿滑塊機(jī)構(gòu)。

單連桿機(jī)構(gòu)、角部連桿機(jī)構(gòu)及應(yīng)用

單連桿機(jī)構(gòu)可以定軸為圓心，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以旋轉(zhuǎn)半徑來確定其軌跡，上部模型的驅(qū)動(dòng)器下降時(shí)，滑輪以鉸接點(diǎn)為中心，形成沿箭頭所示方向的運(yùn)動(dòng)，完成預(yù)壓合。角連桿機(jī)構(gòu)也是其中一種，因此，平面及截面方向的彎曲線為直線的產(chǎn)品（即從圓心到產(chǎn)品彎曲線的距離相同）其打彎時(shí)間一致，即同時(shí)接觸同時(shí)壓彎。

單連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍：⑴產(chǎn)品的截面角度（角度的約束）以預(yù)壓合刀塊的進(jìn)入角60°為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，平面方向?yàn)?°時(shí)最理想。⑵刀塊型面為轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡，用于翻邊線為直線，或彎度很小的地方。翻邊線的上下偏差及距離偏差在40mm以內(nèi)，產(chǎn)品的截面角范圍為－40°～10°。

平行連桿機(jī)構(gòu)及應(yīng)用

平行連桿機(jī)構(gòu)可使連接托架做平行運(yùn)動(dòng)，可以取得均衡的彎曲時(shí)間和彎曲力，從而能夠?qū)芜B桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)進(jìn)行克服和完善。平行連接方式的優(yōu)點(diǎn)在于：在任何截面上都在作同一的運(yùn)動(dòng)（四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的軌跡相同），不同于以鉸鏈點(diǎn)（定軸點(diǎn)）為旋轉(zhuǎn)中心的常規(guī)連接方式，在與離該中心的距離成比例增大的圓弧上移動(dòng)，這一點(diǎn)是有本質(zhì)的不同。平行連桿機(jī)構(gòu)在任何地點(diǎn)預(yù)壓合上，壓合鑲塊都在作相同軌跡的動(dòng)作，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，同時(shí)預(yù)壓合的進(jìn)入方向容易被限定。

平行連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用于彎曲線變化大的地方，即適用于使用單連桿機(jī)構(gòu)無法滿足的情況。產(chǎn)品的截面角度與正規(guī)連接方式相同：通過變更各部分的連接鉸點(diǎn)和尺寸，可在一定程度上改變進(jìn)入角度并加以適用。即通過改變連桿的長(zhǎng)度來處理。不受相對(duì)于彎曲線連接中心的上下偏差及距離偏差的制約。

《模具壓合技術(shù)及應(yīng)用（下）》見《鍛造與沖壓》第12期

董劍安，模具事業(yè)部副總經(jīng)理，高級(jí)工程師，上海市汽車類高級(jí)職稱評(píng)審委員會(huì)專家，上汽優(yōu)秀技術(shù)專業(yè)帶頭人。主管技術(shù)工作，從事汽車車身模具沖壓技術(shù)工作28年，發(fā)表論文多篇，獲得2003、2004、2008、2012年度汽車工業(yè)科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)，省部級(jí)科技成果7項(xiàng)，獲得專利6項(xiàng)。