壓刀式定位機(jī)構(gòu)在大角度車門包邊的應(yīng)用

陳天才　韋侯念　孫雷　喬福龍

【摘 要】文章通過對(duì)汽車門蓋大角度包邊簡(jiǎn)易受力進(jìn)行分析，研究了定位結(jié)構(gòu)形式對(duì)包邊質(zhì)量的影響，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果和實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了一種壓刀式定位機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作過程，兩種定位機(jī)構(gòu)對(duì)總成尺寸影響對(duì)比，以及如何合理選擇定位機(jī)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】桌式包邊;壓刀式機(jī)構(gòu);定位

【中圖分類號(hào)】U463.834 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）07-0076-03

0 背景

汽車車門包邊是一個(gè)復(fù)雜的工藝過程，通過特定的包邊設(shè)備，將涂完折邊膠的內(nèi)外板扣合件周圈折邊壓合為一個(gè)總成的過程。包邊過程通常分為預(yù)壓和主壓兩道包邊，例如翻邊角度大于105°，通常需要進(jìn)行3道包邊。

如圖1所示，包邊前車門外輪廓翻邊與外板型面的夾角通常為90°，為了保證車門輪廓尺寸和良好的包邊質(zhì)量，預(yù)包機(jī)構(gòu)必須選擇合理的壓入角度，終包機(jī)構(gòu)壓入方向最好保持與外板型面法向平行，機(jī)構(gòu)輸出壓力要保證翻邊完全壓貼;也有某些特征部位需要保留翻邊的地方，只允許壓入30°，則終包角度通過限位裝置實(shí)現(xiàn)控制。

其中，內(nèi)外板定位的可靠性是確保包邊表面質(zhì)量和尺寸控制的關(guān)鍵，在內(nèi)板定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)前，必須根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及包邊機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)包邊折彎過程進(jìn)行充分的受力分析后，以便設(shè)計(jì)合理的定位機(jī)構(gòu)。

1 普通壓塊式定位機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

根據(jù)白車身CDLS（尺寸基準(zhǔn)定位策略）車門采用統(tǒng)一的主定位孔。汽車車門的內(nèi)板零件面積較大，車門內(nèi)板厚均在0.7～1.0 mm，屬于剛性較差的薄板鈑金件，通常采用“N-2-1”定位夾緊方式，即采用“兩個(gè)圓銷+多個(gè)壓緊塊”的定位策略，定位內(nèi)板時(shí)定位孔被強(qiáng)行拉入圓柱定位銷，使被定位零件向下?lián)锨勘蛔畲笙薅鹊南?。普通壓塊式定位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

這種壓塊式定位機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、維護(hù)便利、成本低、輕便、節(jié)拍高，可以適用于車門大部分位置的定位;其固定式壓塊，需要做主預(yù)壓機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，分析主預(yù)壓機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中與固定式壓塊間的安全距離。如圖3所示，為了避免固定式壓塊和壓刀干涉，壓塊只能布在遠(yuǎn)離包邊區(qū)域的位置（內(nèi)外板離空區(qū)），無法壓到包邊根部，無法實(shí)現(xiàn)壓死固定內(nèi)外板。

對(duì)于尾門和發(fā)蓋具有復(fù)雜造型的包邊，為了實(shí)現(xiàn)合件，翻邊角度通常大于105°，同時(shí)存在將內(nèi)外板合門件擺放在包邊底模后，型面和豎直方向夾角較小，夾角接近0°。這種大角度包邊，預(yù)壓時(shí)，受力狀態(tài)較差，容易包邊卷邊，造成包邊外觀質(zhì)量和尺寸不合;其包邊受力示意如圖4所示。

其中，F(xiàn)1為包邊執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)外板翻邊施加的預(yù)壓力，F(xiàn)2為包邊底模對(duì)車門外板施加的反向支撐力，F(xiàn)3為定位壓塊對(duì)車門內(nèi)板施加的限位力。

由圖4可知，預(yù)壓力F1可分解為豎直向下的預(yù)壓翻邊折彎力和垂直于外板型面向左的擾動(dòng)力，如果定位壓塊遠(yuǎn)離包邊折彎根部，定位壓塊施力處必然在內(nèi)外板離空位置，加上內(nèi)板的剛性不足，定位壓塊施加壓力F3大小受限，傳遞到預(yù)壓包邊根部的壓力更有限，所以預(yù)壓時(shí)，定位壓力不足以抵消垂直于外板型面向左的擾動(dòng)力，在預(yù)壓過程中，外板會(huì)被推離包邊底模而變形，預(yù)壓翻邊的折彎位置也無法確保按照沖壓圓角位折彎，造車包邊后的型面變形和輪廓內(nèi)收偏小問題。

2 壓刀式定位機(jī)構(gòu)的原理及特點(diǎn)

針對(duì)造型復(fù)雜的尾門發(fā)蓋，型面接近豎直位置的大角度包邊，我們須設(shè)計(jì)一種預(yù)壓可以定位包邊根部，提供大壓力定位，緊緊壓死內(nèi)外板貼合處，將內(nèi)板和外板結(jié)合位置固定到包邊底模上，同時(shí)主壓時(shí)可以避讓開的定位機(jī)構(gòu)。

如圖5所示，設(shè)計(jì)的定位機(jī)構(gòu)需滿足如下要求：在預(yù)壓時(shí)，定位刀塊能壓到包邊區(qū)域內(nèi)外板貼合根部。為了避免定位刀塊定位時(shí)線性接觸，定位刀塊的定位面須為固定的姿態(tài)，不隨定位刀塊的運(yùn)動(dòng)而改變，建議用平行四連桿機(jī)構(gòu)。同時(shí)，為了避免和由翻邊面和內(nèi)板凸臺(tái)組成的腔體干涉，定位刀塊在靠近定位時(shí)，需要做近似水平的運(yùn)動(dòng)，所以機(jī)構(gòu)在終端定位位置，運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)和固定旋轉(zhuǎn)點(diǎn)組成的連桿必須近似豎直方向。

工程師受壓刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種壓刀式定位機(jī)構(gòu)。如圖6所示，該機(jī)構(gòu)不僅能做垂直的上升下降，還能做水平的擺動(dòng)，達(dá)到預(yù)壓時(shí)能定位翻邊型面根部，主壓時(shí)能及時(shí)縮回，避讓干涉，保證翻邊質(zhì)量。

壓刀式定位機(jī)構(gòu)和舊的定位壓塊都是安裝在包邊機(jī)內(nèi)板定位總成上，前者是一個(gè)小機(jī)構(gòu)，后者是一個(gè)簡(jiǎn)單的壓塊。壓刀式定位機(jī)構(gòu)的工作原理如下：在內(nèi)板定位推動(dòng)氣缸的作用下，壓刀式定位機(jī)構(gòu)隨內(nèi)板定位總成下降到位，此時(shí)壓刀式定位機(jī)構(gòu)的氣缸處于縮回狀態(tài)，定位刀塊并未和門蓋零件接觸。隨后，氣缸慢慢伸出，帶動(dòng)連桿一和連桿二繞轉(zhuǎn)銷一做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，連桿三繞轉(zhuǎn)銷二做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)安裝在連桿四上的定位刀架和定位壓刀向右向下運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)定位刀塊壓緊門蓋零件翻邊根部的目的。隨后，包邊機(jī)開始預(yù)壓，預(yù)壓完成，壓刀式定位機(jī)構(gòu)做逆向的退回，避讓后續(xù)主壓動(dòng)作，防止干涉。這樣，一個(gè)壓刀式定位機(jī)構(gòu)的伸出定位、縮回避讓循環(huán)完成。

該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：①該機(jī)構(gòu)采用近似的平行四連桿機(jī)構(gòu)，經(jīng)過精確的運(yùn)動(dòng)分析，在極限位置能夠做近似的水平退讓，巧妙地避免定位壓刀和預(yù)壓完的門蓋零件翻邊干涉。②該機(jī)構(gòu)采用近似的平行四連桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)，能保證定位壓刀和門蓋零件型面是面接觸定位。③該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有定位鎖死結(jié)構(gòu)，能夠有效地保證定位壓刀的定位精準(zhǔn)，防止零件因翻邊受力而攢動(dòng)，定位可靠性高。④該機(jī)構(gòu)通用性好，只需稍做定位刀架和定位壓刀的更改，便可運(yùn)用于不同車型門蓋包邊機(jī)內(nèi)板定位總成上。

3 定位機(jī)構(gòu)的選擇

壓刀式定位機(jī)構(gòu)，雖然有定位優(yōu)勢(shì)，但是由于其較普通壓塊式定位機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不便、費(fèi)用高，節(jié)拍相對(duì)較低（可以實(shí)現(xiàn)與主線匹配的節(jié)拍50 JPH），如包邊質(zhì)量可控，通常采用普通壓塊式定位機(jī)構(gòu)。因此，在前期設(shè)計(jì)階段，如何根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正確地選擇定位形式，顯得尤為重要。如圖7所示，以某車型發(fā)蓋汽車坐標(biāo)YZ斷面為例進(jìn)行分析。

現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，通常當(dāng)θ小于40°時(shí)，預(yù)壓力F1對(duì)外板的擾動(dòng)力在外板的外側(cè)，產(chǎn)生向內(nèi)的卷邊力，此時(shí)我們必須選擇用壓刀式定位機(jī)構(gòu)，壓住外板翻邊的根部，防止卷邊產(chǎn)生的包邊質(zhì)量問題;當(dāng)θ大于等于40°時(shí)，F(xiàn)對(duì)外板的擾動(dòng)力在外板的內(nèi)側(cè)，產(chǎn)生向外的圈邊力，由于向外有包邊底模支撐，因此可以選擇普通壓刀式定位機(jī)構(gòu)。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

我們選擇某車型具有復(fù)雜造型的發(fā)蓋做驗(yàn)證對(duì)象，同時(shí)選取發(fā)蓋兩側(cè)與翼子板匹配位置，包邊受力最差的點(diǎn)6S6～6S7段，采用壓刀式定位裝置定位前后生產(chǎn)的發(fā)蓋總成，各取樣3件，上總成檢具，測(cè)量間隙和段差尺寸，尺寸對(duì)比數(shù)據(jù)如圖8所示。

通過數(shù)據(jù)對(duì)比，采用普通壓塊式定位，間隙普遍超差約-1.0 mm，輪廓表現(xiàn)較理論值偏小約1 mm;段差普遍超差約1.5 mm，型面表現(xiàn)為較理論值下沉約1.5 mm。采用壓刀式定位機(jī)構(gòu)，間隙和段差偏差均在±0.5 mm內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)尺寸鏈偏差需求。因此，類似發(fā)蓋具有復(fù)雜造型的門蓋包邊，內(nèi)外板合門件擺放在包邊底模后，型面和豎直方向夾角較小，夾角接近0°。針對(duì)此類包邊，采用壓刀式定位機(jī)構(gòu)，能極大地克服包邊受力較差帶來的包邊質(zhì)量問題。

5 結(jié)語(yǔ)

從2015年至今，此壓刀式定位機(jī)構(gòu)已應(yīng)用于多個(gè)車型發(fā)蓋和尾門桌式包邊的定位，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)50萬(wàn)件以上生產(chǎn)驗(yàn)證，包邊質(zhì)量穩(wěn)定良好，得到了生產(chǎn)使用車間的肯定。針對(duì)復(fù)雜造型，產(chǎn)品型面和豎直方向夾角較小，夾角接近0°的產(chǎn)品包邊定位問題，通過此機(jī)構(gòu)的應(yīng)用得到了完美的解決。同時(shí)，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到此機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不便、節(jié)拍相對(duì)較低，對(duì)于簡(jiǎn)單型面的包邊定位，通常選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的普通壓塊式定位機(jī)構(gòu)。

參 考 文 獻(xiàn)

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