某型轎車(chē)座椅扭力管冷擠壓模具設(shè)計(jì)

陳學(xué)健

0 引言

作為汽車(chē)內(nèi)飾的重要組成部分，座椅一直是舒適駕乘的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，受到很大的重視。在汽車(chē)座椅的制造過(guò)程中，需要用到帶有凸包的圓管，在現(xiàn)有技術(shù)中，這種圓管一般通過(guò)專門(mén)的加工機(jī)床制作而成，而專門(mén)的加工機(jī)床價(jià)格昂貴，增加了轎車(chē)座椅扭力管乃至汽車(chē)座椅的制造成本。由于冷擠壓技術(shù)具有最有效的節(jié)約材料、提高生產(chǎn)效率、提高機(jī)械產(chǎn)品性能、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛[1-3]。

某型轎車(chē)座椅扭力管冷擠壓模具的研制，由于其管件成型時(shí)變形抗力非常高，設(shè)備采用何種方式作為執(zhí)行元件是需要解決的問(wèn)題；冷擠壓技術(shù)中的空心件冷鐓擠壓，目前可供參考的數(shù)據(jù)不多[4-6]；冷擠壓工藝對(duì)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)和模具也提出了更高的要求，設(shè)備不僅要能承受較大的強(qiáng)度，還需要具備一定的剛度[7-9]；模具設(shè)計(jì)需要能提高模具壽命，并滿足裝配尺寸及強(qiáng)度要求，這樣的冷擠壓模具技術(shù)實(shí)施難度大[10-11]。為了解決所面臨的技術(shù)問(wèn)題，急需提供一種轎車(chē)座椅扭力管冷擠壓模具的技術(shù)方案。

1 零件分析

某型轎車(chē)座椅扭力管為一根壁厚為 1.8mm的空心圓管制件，其中扭力管上要求冷擠壓出一個(gè)一定形狀尺寸的凸包，凸包左側(cè)面為軸向安裝基準(zhǔn)面，該基準(zhǔn)至扭力管左、右兩端有較嚴(yán)格的尺寸公差要求；扭力管的兩端40mm范圍為安裝面，左端為徑向安裝基準(zhǔn)，右端對(duì)安裝基準(zhǔn)具有位置度公差要求，具體尺寸及形位公差要求見(jiàn)圖1。

圖1 某型轎車(chē)座椅扭力管零件圖

2 毛坯制備及處理

毛坯制備，是從毛坯的下料開(kāi)始到制備出符合冷擠壓工藝要求的毛坯為止的過(guò)程。制備價(jià)廉、質(zhì)量良好的毛坯對(duì)擠壓質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本有很大影響。扭力管毛坯采用直徑為25mm的碳鋼鋼管進(jìn)行剪切下料。根據(jù)中性層尺寸不變的原則，可以通過(guò)計(jì)算扭力管凸包中性層長(zhǎng)度（如圖2所示）來(lái)估算下料毛坯的尺寸，為保證估算的可靠性所有尺寸均取公差中間值。

圖2 扭力管凸包放大圖

坯料的長(zhǎng)度尺寸L計(jì)算如下：

r1=2.1-1.8/2=1.2mm

L2=πr2+πr1+2(4.8-1.2)=11.68mm

L=L1+L2+L3=334.7+95.3-4.2+11.68=437.48mm

式中：r1、r2分別為凸包伸張?zhí)幹行詫影霃?、凸包壓縮處中性層半徑，r2取凹模擠壓圓角半徑1mm。

L、L1、L2、L3分別為坯料總長(zhǎng)度、凸包左側(cè)長(zhǎng)度、凸包中性層長(zhǎng)度以及凸包右側(cè)長(zhǎng)度。通過(guò)計(jì)算，L取437.5mm。

為了降低冷擠壓件與冷擠壓模具工作部分的摩擦力，降低冷擠壓的單位擠壓壓力，提高冷擠壓的表面質(zhì)量，減少模具的磨損，對(duì)冷擠壓毛坯進(jìn)行磷化表面處理和皂化潤(rùn)滑處理。

3 冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

3.1 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

冷擠壓模具結(jié)構(gòu)應(yīng)用斜楔運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到傳力的擠壓成形的原理設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 3（a）所示，轎車(chē)座椅扭力管結(jié)構(gòu)示意圖包括上模板3和下模板6，第一上凹模11通過(guò)氮?dú)鈴椈?與上模板3連接，第一下凹模9與下模板6抵接，待加工的扭力管10被第一上凹模11、第一下凹模9夾持在中間。其傳動(dòng)系統(tǒng)包括上模板3以及斜楔機(jī)構(gòu)，斜楔機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)塊4和側(cè)滑塊5組成，驅(qū)動(dòng)塊4與上模板3固連，驅(qū)動(dòng)塊4的右下角設(shè)置斜面，該斜面與梯形的側(cè)滑塊5的斜面抵接，側(cè)滑塊5的下底面與下模板6抵接，其右側(cè)面與芯軸12以及第二上凹模2、第二下凹模7固連，側(cè)滑塊5與第一上凹模 11之間抵持有氮?dú)鈴椈?8。圖 3（b），芯軸12設(shè)置軸肩14，芯軸12的尺寸根據(jù)扭力管10的尺寸設(shè)定，使其軸肩14右部恰好可以伸入圓管9的內(nèi)壁，同時(shí)軸肩14與扭力管10的左端面配合抵接。芯軸 11、圓管 9的部分外壁由第二上凹模 2和第二下凹模7夾持在中間。

3.2 模具工作原理

在實(shí)際加工過(guò)程中，先將芯軸12插入扭力管10，可以防止扭力管10的非擠壓處產(chǎn)生變形，扭力管10在第一上凹模11與第二上凹模2、第二下凹模7與第一下凹模9之間的空隙處加工凸包13，第一上凹模11給予扭力管10一個(gè)壓緊力F3，同時(shí)芯軸12向左運(yùn)動(dòng)，軸肩14給予扭力管10水平向左的力F2，在垂直的壓緊力F1以及水平向左力F2的合力下，前述空隙處形成凸包13。芯軸12表面經(jīng)過(guò)鍍鈦處理，可以防止加工過(guò)程中扭力管或芯軸12被拉毛。

擠壓運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，上模板3在壓力機(jī)滑塊的帶動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)斜楔將垂直向下的力F1轉(zhuǎn)為水平向右的力F2，并通過(guò)芯軸11傳遞給圓管9，上模板2同時(shí)通過(guò)彈簧4將向下的壓緊力傳遞給扭力管10。氮?dú)鈴椈?及氮?dú)鈴椈?起到復(fù)位作用。

3.3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上模組件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要取決于模板結(jié)構(gòu)與上凹模的緊固方法。合理的緊固方法可以確保冷擠壓件的擠壓精度，延長(zhǎng)模具的使用壽命，并便于模具的安裝、調(diào)整及迅速地更換零件。本設(shè)計(jì)中的上模組件主要由定位鍵 1、限位柱2、固定柱 3、卸料板4、剝料鉤5、大導(dǎo)套組件6、上模板7、第三上凹模8、上定位板9、第二上凹模10、第一上凹模11、墊腳12、凸包成型組件上模部分A零部件組成，各零部件的具體安裝位置，如圖4所示。

圖4 上模組件的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 下模組件的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖6所示，凸包成形組件主要取決于擠壓力與擠壓方向的設(shè)計(jì)方案，也是冷擠壓模具設(shè)計(jì)的核心部分。本設(shè)計(jì)方案采用了4個(gè)垂直氮?dú)鈴椈膳浜闲读习迮c上凹模壓住坯料，用4個(gè)垂直導(dǎo)向?qū)еS持壓料方向的運(yùn)動(dòng)精度；2個(gè)水平氮?dú)鈴椈商峁D壓力，用1個(gè)水平導(dǎo)向?qū)еS持?jǐn)D壓方向的運(yùn)動(dòng)精度。

圖6 凸包成形組件結(jié)構(gòu)圖

轎車(chē)座椅扭力管裝配圖包括上模組件A、凸包成型組件B、下模組件C，其裝配圖如圖7所示。

圖7 轎車(chē)座椅扭力管裝配圖

4 結(jié)論

（1）轎車(chē)座椅扭力管冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期主要任務(wù)是制件毛坯的制備、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的構(gòu)思與工作原理分析；制件被擠壓表面的軟化與潤(rùn)滑和擠壓成形凹模的表面強(qiáng)度處理是能否擠壓出合格的制件及延長(zhǎng)模具使用壽命的關(guān)鍵因素。

（2）論文提供一種轎車(chē)座椅扭力管冷擠壓模具，包括上模組件、凸包成型組件、下模組件。本設(shè)計(jì)方案解決了管件成型時(shí)變形抗力、空心管件凸包成形精度、方便卸料以及模具壽命問(wèn)題。模具具有易實(shí)施，易推廣等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

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