擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)在翼子板模具中的應(yīng)用

代小龍，楊 丹，石立成，郁 波

（四川成飛集成科技股份有限公司，四川成都 610092）

1 引言

由于汽車造型與白車身拼裝工藝越來(lái)越復(fù)雜，大部分外覆蓋件如側(cè)圍、翼子板、頂蓋等制件的結(jié)構(gòu)上都有多處翻邊角度設(shè)計(jì)成負(fù)角,以達(dá)到增加沖壓件的咬合力和提高車身強(qiáng)度的目的[1]，負(fù)角的制件結(jié)構(gòu)增加了汽車沖壓模具的設(shè)計(jì)制造難度。常規(guī)的往復(fù)子母滑塊式斜楔機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、加工裝配工藝性好、制造周期短、成本低等特點(diǎn)，一般優(yōu)先采用，但由于翼子板制件小、工序內(nèi)容多，在側(cè)翻邊整形模具中使用往復(fù)斜楔會(huì)使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作行程大、占用空間大，且結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生干涉和強(qiáng)度不足等問(wèn)題，沖壓方案設(shè)計(jì)為5道工序模具結(jié)構(gòu)可能也無(wú)法完成工序內(nèi)容，但為了降低模具成本，常常需要把翼子板制件工序內(nèi)容設(shè)置在4工序模具中完成，這時(shí)候會(huì)考慮在翼子板模具側(cè)翻邊側(cè)整形的門軸等位置采用旋轉(zhuǎn)斜楔機(jī)構(gòu)。

旋轉(zhuǎn)斜楔機(jī)構(gòu)如圖1所示，旋轉(zhuǎn)軸為一個(gè)整體大軸，并且和側(cè)翻凸模為一個(gè)整體，旋轉(zhuǎn)大軸圓周旋轉(zhuǎn)面與旋轉(zhuǎn)軸安裝座配合面之間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)導(dǎo)滑，旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)加側(cè)導(dǎo)滑板限位，通過(guò)雙作用氣缸實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)與回程狀態(tài)的變換，此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好、受力較好、結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小[2]，制件翻邊后帶負(fù)角也能夠順利取出不干涉。翻邊整形時(shí)凸模型面精度，影響了翻邊整形后的沖壓件的制件質(zhì)量精度，為保證活動(dòng)凸模旋轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定可靠，圓周旋轉(zhuǎn)面與安裝座配合面要貼合穩(wěn)定，導(dǎo)致其旋轉(zhuǎn)軸圓柱面、配合面及側(cè)導(dǎo)滑面等精度要求非常高。但活動(dòng)凸模存在負(fù)角翻邊型面,受機(jī)床加工角度的限制,無(wú)法一次裝夾加工到位,必須把負(fù)角翻邊型面翻轉(zhuǎn)為正角型面后再裝夾加工，而兩次型面加工的接刀成為旋轉(zhuǎn)斜楔加工的難點(diǎn)[3]。

圖1 常規(guī)旋轉(zhuǎn)斜楔機(jī)構(gòu)

因此，在翼子板這類制件復(fù)雜且空間緊湊的側(cè)翻邊整形模具使用旋轉(zhuǎn)斜楔機(jī)構(gòu)可以減少工序數(shù)量、縮小模具結(jié)構(gòu)尺寸、降低模具成本，且裝配簡(jiǎn)單受力平衡性好，取件方便不干涉，但是也存在加工精度要求高、加工工藝復(fù)雜、加工質(zhì)量難以控制、后期維修困難等缺點(diǎn)，給模具加工制造帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，也增加了加工制造成本。

2 擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)工作原理

為解決上述傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)斜楔加工難度大、制造成本高的問(wèn)題，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，如圖2所示，把旋轉(zhuǎn)凸模整體圓柱旋轉(zhuǎn)面接觸的大軸旋轉(zhuǎn)方式改進(jìn)為布置在旋轉(zhuǎn)凸模兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)小軸，由側(cè)面氣缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)凸模繞兩端小軸旋轉(zhuǎn)回退，由底面氣缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)凸模旋轉(zhuǎn)到位，因其繞小軸擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式稱為擺動(dòng)斜楔。

圖2 改進(jìn)后的旋轉(zhuǎn)斜楔

擺動(dòng)斜楔相對(duì)傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)斜楔，其結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，把加工工藝復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)凸模圓周面接觸轉(zhuǎn)化為相對(duì)簡(jiǎn)單的零件，機(jī)械加工工藝性得到改善，降低加工難度，減小加工工時(shí)與成本，裝配性提升，整體精度容易保證，降低模具制造成本。擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)沖壓工藝方案的旋轉(zhuǎn)軸位置、旋轉(zhuǎn)角度等的設(shè)計(jì)原則與常規(guī)旋轉(zhuǎn)斜楔基本一致，因此，能應(yīng)用傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)斜楔的模具理論上也可以應(yīng)用擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)。

3 不同驅(qū)動(dòng)方式的擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，擺動(dòng)斜楔有多種結(jié)構(gòu)樣式，如底部與側(cè)面氣缸同時(shí)驅(qū)動(dòng)、側(cè)面氣缸驅(qū)動(dòng)、側(cè)面插刀驅(qū)動(dòng)底部往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)、底部氣缸往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)等樣式。

3.1 底部與側(cè)面氣缸同時(shí)驅(qū)動(dòng)

底部與側(cè)面氣缸同時(shí)驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)斜楔如圖3所示，這種結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)斜楔結(jié)合了往復(fù)斜楔和旋轉(zhuǎn)斜楔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),工作時(shí)依靠底部氣缸帶動(dòng)往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)活動(dòng)凸模復(fù)位到工作狀態(tài),回退時(shí)依靠側(cè)面氣缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)凸模旋轉(zhuǎn)到回退狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)便于加工，通過(guò)兩組氣路系統(tǒng)保證各部件間的運(yùn)動(dòng)時(shí)序，工作狀態(tài)穩(wěn)定，但使用了兩組氣缸的結(jié)構(gòu)會(huì)占用較大空間，底部的氣缸驅(qū)動(dòng)力矩不好，且任意一組氣缸失效都會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)凸模無(wú)法回退到位，現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)基本已經(jīng)淘汰這種結(jié)構(gòu)。

圖3 底部與側(cè)面氣缸同時(shí)驅(qū)動(dòng)

3.2 側(cè)面氣缸驅(qū)動(dòng)

側(cè)面氣缸驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)斜楔如圖4所示，這種結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)斜楔結(jié)構(gòu)較上一種取消了底部驅(qū)動(dòng)的部分，僅使用側(cè)面一組氣缸驅(qū)動(dòng)來(lái)完成復(fù)位與回退，結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，通過(guò)在擺動(dòng)座本體底部增設(shè)相互配合圓弧輔形鑲塊來(lái)改善凸模型面下方的受力支撐較差，不能承受重載荷的問(wèn)題。

圖4 側(cè)面氣缸驅(qū)動(dòng)

3.3 側(cè)面插刀驅(qū)動(dòng)底部往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)

側(cè)面插刀驅(qū)動(dòng)底部往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)斜楔如圖5所示，這種結(jié)構(gòu)形式的擺動(dòng)斜楔使用插刀驅(qū)動(dòng)底部的往復(fù)滑塊進(jìn)而推動(dòng)活動(dòng)凸模旋轉(zhuǎn)到位，回退時(shí)依靠旋轉(zhuǎn)軸右側(cè)的彈簧頂塊驅(qū)動(dòng)活動(dòng)凸模旋轉(zhuǎn)回退。其優(yōu)點(diǎn)是凸模型面下方受力支撐很好，往復(fù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,同時(shí)保證了活動(dòng)凸模狀態(tài)切換時(shí)穩(wěn)定可靠，但需注意布置在上模座的驅(qū)動(dòng)插刀可能影響自動(dòng)化線干涉曲線。

圖5 側(cè)面插刀驅(qū)動(dòng)底部往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)

3.4 底部氣缸往復(fù)驅(qū)動(dòng)

底部氣缸往復(fù)驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)斜楔如圖6所示，這種結(jié)構(gòu)把插刀驅(qū)動(dòng)換為氣缸，同時(shí)減小了底面驅(qū)動(dòng)塊的尺寸，回退驅(qū)動(dòng)除了可以使用插刀往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)所用的彈簧頂塊驅(qū)動(dòng)方式，還可以使用另一種簡(jiǎn)單的方式，即在驅(qū)動(dòng)塊上安裝一個(gè)回退碰撞塊，當(dāng)氣缸回程時(shí)通過(guò)碰撞塊施加的撞擊力為活動(dòng)凸模本體提供回程力來(lái)實(shí)現(xiàn)活動(dòng)凸模的回退動(dòng)作，如圖7所示，這種回退方式簡(jiǎn)單可靠，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，有效縮減模具尺寸，提高空間利用率，降低生產(chǎn)成本。

圖6 底部氣缸驅(qū)動(dòng)

圖7 底部氣缸驅(qū)動(dòng)

3.5 緊湊型擺動(dòng)斜楔

緊湊型擺動(dòng)斜楔如圖8所示，這種擺動(dòng)斜楔結(jié)構(gòu)把底部氣缸驅(qū)動(dòng)塊改到側(cè)方型面下，結(jié)構(gòu)非常緊湊，占用空間小，可應(yīng)用于模具空間不足的純翻邊模具中。

圖8 緊湊型擺動(dòng)斜楔

4 擺動(dòng)斜楔在翼子板模具上的應(yīng)用

上述介紹多種擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)類型都在多副不同翼子板模具中實(shí)際使用過(guò)，其中側(cè)面插刀驅(qū)動(dòng)底部往復(fù)滑塊驅(qū)動(dòng)和底部氣缸往復(fù)驅(qū)動(dòng)這兩種結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)斜楔實(shí)施效果最好，其結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單可靠，底部受力支撐較好，加工難度不大，目前在翼子板側(cè)翻邊模具需要使用旋轉(zhuǎn)斜楔時(shí)作為優(yōu)先選擇的結(jié)構(gòu)類型。由于擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸連接的特點(diǎn)，活動(dòng)凸模下方未完全支撐，受力比傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)斜楔差，其工作時(shí)受力不能太大，不然可能會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)凸模型面輕微塌陷影響制件外觀質(zhì)量，因此，此結(jié)構(gòu)適用于受力不大的工序，比如翼子板的側(cè)翻邊等,不適用于帶整形礅死的翻邊工序[4]，受力要求不大的側(cè)成形工序嘗試使用。

5 結(jié)論

擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)旋轉(zhuǎn)斜楔應(yīng)用在翼子板門軸、輪罩等多處側(cè)翻邊位置。擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)繼承了常規(guī)旋轉(zhuǎn)斜楔的優(yōu)點(diǎn)，如避免了普通滑塊斜楔機(jī)構(gòu)工作行程大、結(jié)構(gòu)占用空間大、容易出現(xiàn)干涉等問(wèn)題，使得模具結(jié)構(gòu)緊湊，從而能在單序模具中實(shí)現(xiàn)更多沖壓工藝內(nèi)容，也能有效解決使用常規(guī)旋轉(zhuǎn)斜楔帶來(lái)的加工精度高、裝配難度大、后期維修困難的問(wèn)題，從而降低模具開發(fā)及生產(chǎn)制造成本。由于擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)比傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)斜楔活動(dòng)凸模型面受力較差，此結(jié)構(gòu)只適用于側(cè)翻邊側(cè)整形受力不大的工序內(nèi)容，不建議在整形需要礅死的模具中使用。合理的應(yīng)用擺動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)為提高汽車模具設(shè)計(jì)的方式和質(zhì)量，降低模具開發(fā)成本提供了一種可選方案。