一種自卸力包邊裝置

楊 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化，用戶要求越來(lái)越高。為滿足用戶需求，在汽車質(zhì)量、功能提升的同時(shí)，各大車企紛紛在外觀感知質(zhì)量上做足功夫。門蓋包邊是車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包邊質(zhì)量既關(guān)系到整車質(zhì)量，又直接影響到車身外觀品質(zhì)，所以，在汽車達(dá)到生產(chǎn)制造過(guò)程中，控制門蓋包邊質(zhì)量顯得尤為重要。本文介紹一種門蓋包邊機(jī)構(gòu)的重大改進(jìn)，旨在提高包邊設(shè)備的穩(wěn)定性，降低故障率，同時(shí)提升包邊質(zhì)量，提高門蓋等外覆蓋件的生產(chǎn)效率，為整車的高效生產(chǎn)保駕護(hù)航。

1 常用主包邊裝置

汽車車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和行李箱蓋等外覆開(kāi)合件簡(jiǎn)稱為門蓋，因功能及工藝需求，傳統(tǒng)的汽車門蓋都需要內(nèi)外門板的包合，業(yè)界稱之為包邊或折邊。除傳統(tǒng)的壓力機(jī)包邊和流行的機(jī)器人滾邊外，桌式包邊也是一種被廣泛采用的包邊類型。桌式包邊屬于專機(jī)包邊，具有設(shè)備小巧、成本低、自動(dòng)化程度高、便于生產(chǎn)布局及工藝調(diào)整等特點(diǎn)，尤其適合高節(jié)拍、大批量生產(chǎn)，因而被廣大車企所青睞，包括大眾、豐田等國(guó)際一線車企亦廣泛采用。圖1所示機(jī)構(gòu)為桌式包邊的常見(jiàn)主包邊裝置。

圖1 常見(jiàn)主包邊裝置

其機(jī)構(gòu)原理圖如圖2所示：

圖2 常見(jiàn)的主包邊裝置

圖2 所示為常見(jiàn)的主包邊裝置，主要由主包機(jī)構(gòu)、模腔、底板三部分組成，其動(dòng)力源為主包機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力缸，可分為液壓缸驅(qū)動(dòng)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；其裝置工作任務(wù)是把車門翻邊從45°狀態(tài)壓成90°的最終包邊狀態(tài)。主包邊機(jī)構(gòu)與底板采用螺栓連接。

工作時(shí)，力的傳遞路徑有兩個(gè)為：動(dòng)力缸→底座→底板；動(dòng)力缸→驅(qū)動(dòng)力臂→施力刀架→包邊刀→包邊工件→模腔→底板。包邊刀的力使汽車門蓋零件翻邊從45°狀態(tài)被壓成90°最終包邊狀態(tài)。該力的傳遞閉環(huán)最終由底板承擔(dān)。

根據(jù)上述工作原理，圖1主包邊裝置存在如下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）連接螺栓易斷裂：汽車門蓋零件周圍單邊待包邊長(zhǎng)度有時(shí)長(zhǎng)達(dá)1 200 mm以上，為了滿足包邊力要求，通常要增大動(dòng)力缸的壓力值使作用在零件上的力增大。這樣做的后果是致使連接主包機(jī)構(gòu)與底板的螺栓斷裂。

（2）維修困難：由于包邊機(jī)構(gòu)與模腔間的空間狹小，一旦出現(xiàn)主包機(jī)構(gòu)與底板的螺栓斷裂，維修非常困難。

（3）維修耗時(shí)長(zhǎng)：當(dāng)出現(xiàn)主包機(jī)構(gòu)與底板的螺栓斷裂，維修時(shí)需要拆掉附近機(jī)構(gòu)，裝卸時(shí)間長(zhǎng)，影響正常生產(chǎn)效率。

2 自卸力包邊裝置

2.1 機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

為解決上述問(wèn)題、提高汽車門蓋生產(chǎn)效率、提升包邊質(zhì)量，對(duì)上述包邊裝置進(jìn)行了重大改進(jìn)，改變了包邊壓力的傳遞路徑，使其避開(kāi)底板而形成新的包邊壓力傳遞閉環(huán)，徹底解決了包邊底座與底板連接螺栓受力過(guò)大而斷裂的問(wèn)題。該新型門蓋主包邊裝置如圖3所示。

圖3 新型門蓋主包邊裝置圖

其機(jī)構(gòu)原理圖如圖4所示。

圖4 自卸力包邊裝置機(jī)構(gòu)圖

該新型包邊裝置主要由主包機(jī)構(gòu)、模腔、底板三部分組成，其中主包邊機(jī)構(gòu)的主要部件如下：

底座（3）：支撐整個(gè)主包邊機(jī)構(gòu)，并與底板連接固定；

動(dòng)力缸（4）：與液壓站相連，提供包邊動(dòng)力；

連桿（5）：與驅(qū)動(dòng)力臂（6）協(xié)同組成平行四聯(lián)桿機(jī)構(gòu)，以保證包邊刀（8）的運(yùn)行軌跡和包邊壓力的方向；

驅(qū)動(dòng)力臂（6）：與動(dòng)力缸（4）相連，傳遞包邊動(dòng)力到施力刀架（7）與包邊刀（8）；

施力刀架（7）：連接包邊刀（8）和由連桿（5）、驅(qū)動(dòng)力臂（6）所組成的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)；

包邊刀（8）：與施力刀架（7）連接，執(zhí)行主包邊動(dòng)作；

卸力臂（9）：由雙臂組成，均鉸接于底座（3）上，一端安裝動(dòng)力缸（4），另一端上表面扣住模腔（2），是形成動(dòng)力閉環(huán)的關(guān)鍵。

本設(shè)計(jì)的核心要點(diǎn)是在主包機(jī)構(gòu)中特增設(shè)了卸力臂。該卸力臂一端與驅(qū)動(dòng)缸相連接，另一端在工作時(shí)作用在模腔上，使原主包邊裝置的力的傳遞途徑有所改變，形成新的力的閉環(huán)，使得動(dòng)力傳遞不經(jīng)過(guò)底板，從而避免了底座安裝螺釘?shù)臄嗔选Ｐ聶C(jī)構(gòu)對(duì)車門零件的工作方式?jīng)]有太大變化，而模腔則需要在相應(yīng)位置增設(shè)空間供卸力臂布置和施力作用。

2.2 動(dòng)力缸選型

以液壓驅(qū)動(dòng)方式為例，為滿足的單位長(zhǎng)度包邊力（下文以Q來(lái)表示，通常Q≥15 kg/mm）的需求，針對(duì)不同的包邊長(zhǎng)度（L），需選用不同缸徑（D）的油缸。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作壓強(qiáng)為P時(shí)，油缸輸出力計(jì)算公式為：

F1=（D/2）2× P

設(shè)動(dòng)力臂為L(zhǎng)1，阻力臂為L(zhǎng)2，作用力方向和被作用面法向的夾角（銳角）為α，根據(jù)杠桿平衡原理得出施力刀架輸出力為：

F2=F1× L1/L2= π（D/2）2× P × L1/L2

包邊壓力F為：

F=F2× cosα = π（D/2）2× P × L1× cosα/L2

為滿足包邊需求，每毫米長(zhǎng)度的壓力不小于Q，即

F/L=（D/2）2× P × L1× cosα/L2/L ≥ Q

依據(jù)上式推導(dǎo)，在包邊長(zhǎng)度已知的情況下，為滿足包邊壓力，液壓缸徑的滿足條件為：

3 新機(jī)構(gòu)工作原理及優(yōu)點(diǎn)

自卸力包邊裝置工作時(shí)，如圖5所示，力的傳遞路徑有兩個(gè)為：（1）動(dòng)力缸→卸力臂→模腔；（2）動(dòng)力缸→驅(qū)動(dòng)力臂→施力刀架→包邊刀→包邊工件→模腔；傳遞到包邊刀的力完成包邊動(dòng)作。

圖5 自卸力包邊裝置剖視圖

增加卸力臂后，包邊力的傳遞路徑改變?yōu)椤皠?dòng)力缸→驅(qū)動(dòng)力臂→施力刀架→包邊刀→包邊工件→模腔→卸力臂→動(dòng)力缸”，原本傳遞到底板上的力改為經(jīng)卸力臂傳遞到模腔上，使得包邊力的傳遞閉環(huán)避開(kāi)了底板這個(gè)鏈節(jié)，最終改由模腔來(lái)承擔(dān)。在包邊工作時(shí)，主包機(jī)構(gòu)與底板的連接螺栓只承擔(dān)固定包邊機(jī)構(gòu)的扭緊力，而不再承擔(dān)包邊力，大大減少了螺栓斷裂風(fēng)險(xiǎn)，便于壓力的增加，確保了門蓋工件的包邊質(zhì)量，減少了維修故障，提高了生產(chǎn)效率。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)某車型滑移中門項(xiàng)目（左右中門共采用8套自卸力包邊機(jī)構(gòu)）小規(guī)模大批量長(zhǎng)周期生產(chǎn)驗(yàn)證，效果良好。具體驗(yàn)證數(shù)據(jù)如下：

驗(yàn)證周期：12個(gè)月（月工作日22天；日工作時(shí)長(zhǎng)21.5小時(shí)）

生產(chǎn)節(jié)拍：60JPH

產(chǎn)量計(jì)算：60×21.5×22×12=340 560（臺(tái)）

經(jīng)34萬(wàn)余臺(tái)次生產(chǎn)驗(yàn)證，所有8套自卸力包邊機(jī)構(gòu)均未出現(xiàn)底板安裝螺釘斷裂現(xiàn)象，包邊質(zhì)量良好，設(shè)備運(yùn)行效率達(dá)96%.

5 結(jié)束語(yǔ)

自卸力包邊裝置徹底解決了原主包邊裝置的主要問(wèn)題，包邊質(zhì)量良好，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性大幅提升，故障率降低15%，運(yùn)行效率達(dá)95%以上。該新型包邊裝置尤為適合高節(jié)拍、大產(chǎn)量車型的門蓋包邊，具有較高的推廣價(jià)值。