關(guān)于汽車覆蓋件上側(cè)翻整模具的設(shè)計(jì)

文/裴嘉龍·天津汽車模具股份有限公司

近年來，國內(nèi)外各大汽車制造企業(yè)都將車身外形的設(shè)計(jì)和制造能力作為衡量汽車，特別是轎車車型開發(fā)水平的重要標(biāo)志，為此，世界各國均投入了大量的人力和財(cái)力開展汽車覆蓋件設(shè)計(jì)及其制造技術(shù)的研究與開發(fā)。同一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料薄、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大和表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，因此各大汽車制造企業(yè)對(duì)于覆蓋件的工藝設(shè)計(jì)和沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有著越來越高的要求。各種覆蓋件的沖壓工藝越來越復(fù)雜，也導(dǎo)致一些比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式越來越多的出現(xiàn)在當(dāng)今的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。本文針對(duì)上側(cè)翻整，這種相對(duì)不常見的沖壓工藝，總結(jié)了幾種特殊的結(jié)構(gòu)形式，并加以分類和分析，供模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。

非標(biāo)斜楔機(jī)構(gòu)在模具設(shè)計(jì)中的簡單分類

汽車沖壓模具中經(jīng)常使用的非標(biāo)機(jī)構(gòu)根據(jù)斜楔功能不同分為兩大類。

第一類斜楔：直接完成成形或沖裁等工作內(nèi)容的斜楔，稱為工作斜楔。其中，滑塊在上模、驅(qū)動(dòng)器在下模的稱之為吊楔。反之，滑塊在下模、驅(qū)動(dòng)器在上模的斜楔稱之為側(cè)楔。

第二類斜楔：為輔助產(chǎn)品的取放等設(shè)計(jì)的斜楔，稱為輔助斜楔?；嚫鶕?jù)驅(qū)動(dòng)位置的不同分為推動(dòng)式驅(qū)動(dòng)(圖1）和拉動(dòng)式驅(qū)動(dòng)車（圖2）兩種，根據(jù)復(fù)雜程度的不同分為一級(jí)滑車和二級(jí)滑車。另有一種特殊的滑車結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)斜楔（圖3）。

圖1 推車（在回退角度大于15°時(shí)需要采用二級(jí)驅(qū)動(dòng)）

圖2 拉車

圖3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（滾軸）

上側(cè)翻整類零件的工藝內(nèi)容由于沖壓方向并非垂直，上側(cè)翻整的模具都是采用斜楔機(jī)構(gòu)來完成沖壓工藝內(nèi)容的，翻整角度大于15°的往往更是采用二級(jí)驅(qū)動(dòng)的斜楔機(jī)構(gòu)。對(duì)于背門外板上段的上側(cè)整形和上側(cè)翻孔等工藝內(nèi)容，在模具開模之后，由于制件產(chǎn)生負(fù)角，同樣需要輔助斜楔來完成生產(chǎn)時(shí)的取放件要求。在上側(cè)翻整模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要各種斜楔機(jī)構(gòu)配合到一起，對(duì)于斜楔機(jī)構(gòu)的行程分配和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往需要更高的要求。

上側(cè)翻整工藝內(nèi)容在生產(chǎn)中的應(yīng)用

由于各傳統(tǒng)主機(jī)廠和眾多新能源汽車廠對(duì)于車型的開發(fā)越來越深入，導(dǎo)致如今的車身各沖壓件的產(chǎn)品造型也越來越特殊，再加上各廠家對(duì)于模具成本的控制導(dǎo)致生產(chǎn)工序的壓縮，各種復(fù)雜的沖壓工藝排布也逐漸出現(xiàn)在當(dāng)今的汽車沖壓模具中。

模具中常見的側(cè)向翻整作用方向一般都是從上向下、從外向里的，但由于特殊的工藝排布，很多產(chǎn)品只能采用相反的側(cè)翻整方向，比如型面斜度較大的背門內(nèi)板（圖4）、背門外板（圖5）、地板中的一些翻孔（圖6），還有一些特殊的梁架件（圖7）。

幾種上側(cè)翻整模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的介紹與分析

⑴無負(fù)角上側(cè)翻邊，如背門內(nèi)板。

此類模具應(yīng)用于由內(nèi)向外的上側(cè)翻邊，此類翻邊并不產(chǎn)生取件負(fù)角，但是由于翻邊角度比較大（大于15°），無法實(shí)現(xiàn)一級(jí)驅(qū)動(dòng)，所以采用二級(jí)驅(qū)動(dòng)的方式，安裝在上模的一級(jí)驅(qū)動(dòng)推動(dòng)二級(jí)驅(qū)動(dòng)滑車水平移動(dòng)，二級(jí)驅(qū)動(dòng)滑車驅(qū)動(dòng)上側(cè)翻斜楔沿工作方向運(yùn)動(dòng)，完成上側(cè)翻邊，其結(jié)構(gòu)形式如圖8所示。此類機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意以下幾點(diǎn)：

圖4 背門內(nèi)板上側(cè)翻邊

圖5 背門外板上段上側(cè)整形

圖6 地板上側(cè)翻孔

圖7 梁件上側(cè)翻邊

1）材質(zhì)相關(guān)。上側(cè)翻邊鑲塊屬于翻邊中的包容部分，材質(zhì)一般為空冷鋼，所以需要在上側(cè)翻機(jī)構(gòu)上拆出一排鑲塊。

2）受力相關(guān)。上側(cè)翻斜楔與二級(jí)驅(qū)動(dòng)之間要有導(dǎo)板滑配，以便上側(cè)翻邊的反作用力能夠向下傳遞。同樣的，二級(jí)驅(qū)動(dòng)與下模本體之間也要布置一排導(dǎo)板，而且導(dǎo)板下方要有到底筋支撐。這樣一來，側(cè)翻鑲塊的反作用力，一級(jí)驅(qū)動(dòng)、二級(jí)驅(qū)動(dòng)、上側(cè)翻斜楔之間的驅(qū)動(dòng)力都能夠傳遞到機(jī)床上。壓料芯由于同時(shí)又作為上側(cè)翻機(jī)構(gòu)的被包容部分，與上模之間需要均勻布置鐓死墊。同時(shí)，為了抵消運(yùn)動(dòng)及成形過程產(chǎn)生的側(cè)向力，壓料芯和一級(jí)驅(qū)動(dòng)都需要跟下模本體之間設(shè)置防側(cè)導(dǎo)板，如圖9所示。

圖8 上側(cè)翻整模具結(jié)構(gòu)

圖9 上側(cè)翻整模具的受力情況

3）行程相關(guān)。上側(cè)翻整機(jī)構(gòu)看似與普通側(cè)翻滑車運(yùn)動(dòng)相似，不過行程安排卻正好相反。上側(cè)翻機(jī)構(gòu)在翻邊鑲塊觸料之前，需要壓料芯預(yù)先到位，且壓料芯氮?dú)飧椎某鯄毫π枰笥谏蟼?cè)翻邊的成形力與向下工作內(nèi)容的壓料力之和。

⑵負(fù)角在下模的上側(cè)翻邊、整形，如背門外板上段。

此類產(chǎn)品呈幾字形，之前的側(cè)翻序翻出長約80mm左右的法蘭，此序需在長法蘭邊上面?zhèn)日鏊枰男螤?，用來加固制件。由于制件的特殊形狀，模具結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）由于設(shè)計(jì)輔助滑車行程過大且凸模強(qiáng)度不足，故只能采用旋轉(zhuǎn)斜楔避讓取放件負(fù)角。

2）上側(cè)整機(jī)構(gòu)按照工作角度，15°以下的可以采用一級(jí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（圖10），大于15°的則必須采用二級(jí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（圖11）。

圖10 側(cè)上整角度小于15°

圖11 側(cè)上整角度大于15°

3）上側(cè)整角度小于15°的機(jī)構(gòu)，由于是一級(jí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)且向上側(cè)方運(yùn)動(dòng)，故如果結(jié)構(gòu)允許，盡量設(shè)置預(yù)加速導(dǎo)板，避免上側(cè)整機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)承受過大的沖擊和磨損。

4）由于制件的特殊形狀，在正壓料芯之外，還需要在上側(cè)整機(jī)構(gòu)上安裝側(cè)壓料芯輔助壓料，在整形鑲塊觸料之前，正壓料芯需壓住板料，且正壓料芯先于側(cè)壓料芯。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，最好在正壓料芯、側(cè)壓料芯與滾軸之間設(shè)置調(diào)整墊塊，以方便現(xiàn)場調(diào)試。

在設(shè)計(jì)此類模具的過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：

1）滾軸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板需要足夠的長度以確保在氣缸失效的情況下，滾軸機(jī)構(gòu)也能順利旋轉(zhuǎn)到工作位置，避免模具閉合時(shí)由于滾軸不在工作位置而導(dǎo)致模具損壞，所以驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一定要放到上模，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板也需要一定的厚度以確保其剛度和強(qiáng)度（圖12）。

圖12 滾軸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板需要加長

2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將滾軸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板壓到底之后開始水平運(yùn)動(dòng)，為了確保運(yùn)動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不與回程狀態(tài)的上側(cè)整機(jī)構(gòu)干涉，所以在接觸機(jī)構(gòu)之前需要一段空行程，以確保開模時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以順利退出（圖13）。

3）由于上一序側(cè)翻的長邊可能存在回彈，回彈量有可能達(dá)到20mm左右，所以側(cè)翻機(jī)構(gòu)需要足夠的行程以確保放件的時(shí)候，制件不會(huì)和上側(cè)整機(jī)構(gòu)干涉，注意此處側(cè)壓料芯處于回程狀態(tài)，制件與側(cè)壓料芯的距離=機(jī)構(gòu)行程-側(cè)壓料芯行程（圖14）。

圖13 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需留空行程

圖14 側(cè)芯與制件保持安全距離

4）在側(cè)壓料芯壓料之前，一定要確保正壓料芯已經(jīng)將制件壓住，考慮到制件可能回彈，正壓料芯的行程需要大于側(cè)翻滑車的Z向行程（圖15）。

5）由于上側(cè)翻機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)需要，機(jī)構(gòu)沿工作方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候需要在滾軸里面放置兩個(gè)導(dǎo)板，而且在滾軸運(yùn)動(dòng)過程中不得與其干涉（圖16、圖17）。

⑶負(fù)角在上模的上側(cè)翻邊、整形，如地板上側(cè)翻孔。

此類模具采用側(cè)翻機(jī)構(gòu)和上下壓料芯相結(jié)合的形式（圖18），模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過程中需注意的問題如下：

圖15 上側(cè)整形模具行程圖

圖16 機(jī)構(gòu)導(dǎo)板

圖17 避免滾軸與機(jī)構(gòu)導(dǎo)板干涉

圖18 上側(cè)翻孔模具結(jié)構(gòu)

1）上側(cè)翻孔之后，制件會(huì)卡在翻孔凹模當(dāng)中，開模的時(shí)候被帶起，所以翻孔凹模需要使用退負(fù)角機(jī)構(gòu)。

2）上側(cè)翻孔位置在產(chǎn)品的中間位置，在外側(cè)設(shè)置驅(qū)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致下壓料芯和凸模強(qiáng)度過低，且會(huì)大大增加上壓料芯和上模退負(fù)角機(jī)構(gòu)的行程。所以，模具設(shè)計(jì)時(shí)將上側(cè)翻孔機(jī)構(gòu)通過退料螺釘掛在下壓料芯上，通過下壓料芯的運(yùn)動(dòng)，完成上翻孔動(dòng)作。

3）模具行程分配需要嚴(yán)格按照各部分的運(yùn)動(dòng)過程分布。上壓料芯先壓縮，退負(fù)角機(jī)構(gòu)接觸上壓料芯驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板運(yùn)動(dòng)到工作位置，然后上壓料芯鐓死，擠壓下壓料芯向下運(yùn)動(dòng)，掛在下壓料芯上的上側(cè)翻孔機(jī)構(gòu)接觸下模本體驅(qū)動(dòng)導(dǎo)板，向上運(yùn)動(dòng)完成翻孔（圖19）。

圖19 上側(cè)翻孔模具行程圖

4）上下壓料芯都需要跟機(jī)構(gòu)完成滑配，所以在壓料芯之間增加錐形墊塊用以抵消側(cè)向力。

5）上側(cè)翻孔機(jī)構(gòu)在安裝拆卸的過程中需要將下壓料芯翻過來，將機(jī)構(gòu)吊進(jìn)下壓料芯型腔中與下壓料芯導(dǎo)板滑配，再整體翻轉(zhuǎn)過來放進(jìn)下模本體當(dāng)中，所以在下壓料芯上需要設(shè)置裝模蓋板，防止機(jī)構(gòu)在下壓料芯翻轉(zhuǎn)的過程中掉落。

結(jié)束語

面對(duì)如今形狀越來越復(fù)雜的產(chǎn)品和越來越高的客戶要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要注意化繁為簡，再復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式也是由一些簡單的機(jī)構(gòu)組合而成。把各種機(jī)構(gòu)拆解開來，哪個(gè)先動(dòng)，哪個(gè)后動(dòng)，行程分配是否符合沖壓工藝的要求，各個(gè)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生的側(cè)向力是否能夠抵消，把這些問題都想清楚，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也就變得簡單了。