汽车覆盖件特殊组合式紧凑型斜楔机构

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当前模具正朝着复杂化、高效率、高精度和长寿命的方向发展，因而在模具结构设计时必须全面考虑，尽可能提高模具的可行性、稳定性和经济性，创新和优化模具中的斜楔机构具有积极的意义。
在众多汽车覆盖件斜翻边成形类模具中，不管是普通斜楔、吊楔还是各种组合式斜楔，其工作中的运动方式都比较单一，对于某些大型制件存在特殊的成形形状或者在特殊位置需要成形时，仅靠单一的运动关系不能满足要求，这就需要有能做更多运动方向转换的特殊斜楔机构（图1）。



图1 组合式斜楔在模具中的应用同时，由于同一工序里复合了多种工序内容，这就需要模具结构设计者必须考虑让完成这些工序内容的各种机构尽可能的紧凑小巧，相互之间没有干涉。
功能结构原理
以某车型行李箱盖内板冲压工艺的某道工序中的向上斜翻边整形为例，具体说明特殊组合式紧凑型斜楔机构的功能结构原理。


图2 某行李箱盖内板工序件1．应用背景
如图2、图3所示，该行李箱盖内板外形十分复杂，根据冲压工艺成形方案，图中红色长耳形的区域为翻边整形后的状态，蓝色区域为翻边整形前的制件状态。而同工序其他工作内容还包括侧修边、侧冲孔和直冲孔等，复合程度很高。
由于该工序的工作内容繁多，要保证完成这些工序内容的工作部件相互之间互不干涉，就要求侧翻边机构在结构上必须紧凑小巧。这里需要翻边整形的区域位于制件的中部，长耳形的翻边外形必须依靠斜楔机构才能完成压料、成形和退料。同时，整个侧翻边机构在工作过程中不能和制件发生干涉，工作前后不能防碍制件的投入和取出。


图3 斜翻边前后制件状态因此，基于此类翻边成形的特殊要求，再结合此类制件的特殊外形，就需用到本文介绍的这种特殊组合式紧凑型斜楔机构。
2．功能结构原理
一般来说，此类特殊组合式紧凑型斜楔机构由两大部分组成，即附着于下模本体的下模斜楔机构和附着于上模本体的上模斜楔机构。按功能的不同可分为侧冲孔、侧翻边、侧整形和侧翻孔斜楔机构等。本实例是向上侧翻边成形，所以称本例机构为侧翻边斜楔机构。
（1）下模侧翻边斜楔机构。如图4所示，下模侧翻边斜楔机构主要由一级滑块、二级滑块和安装在滑块上的附属装置以及工作零件组成。一级滑块安装在下模，二级滑块安装在下模的分体凸模上。一级滑块由位于上模的驱动块驱动，驱动块可以是分体式的也可以和上模做成一体。这时，垂直方向的运动转换为水平运动，这与一般的斜楔机构原理一样。二级滑块由一级滑块驱动，并通过导板导套等一系列装置在一级滑块的另一斜面上做相对运动，水平运动则可按设计的意图转换成所需的斜向上倾斜一定角度的运动，这个角度就是侧翻边方向的角度。一级滑块的行程走完时，也就是在模具的下死点，二级滑块也停止运动，安装在二级滑块上的工作零件到位，翻边完成。开模后，一、二级滑块在回程氮气弹簧的作用下分别复位。


图4 下模侧翻边斜楔机构（2）上模侧翻边斜楔机构。如图5所示，上模侧翻边斜楔机构主要由驱动块、滑块和安装在滑块上的附属装置以及工作零件组成。驱动块一般采用斜角导板形式，安装在上模座上，驱动面包括垂直面和斜角面。滑块安装在压料器上，其导滑面包括垂直导滑面和斜角导滑面。
模具开始工作时，斜角导板的斜角面压迫滑块的斜角导滑面，使滑块沿斜面做相对运动，这时，垂直方向的运动可按设计的意图转换成所需的斜向下倾斜一定角度的运动，运动方向为侧翻边方向的反方向。随着合模的继续，斜角导板的斜角面与滑块的斜角导滑面相互错开，斜角导板的垂直面和斜角导板的垂直导滑面开始接触，这时，安装在滑块上的工作零件到位，滑块不再运动，上模继续向下运动，等待下模侧翻边机构完成动作。滑块上的工作零件兼并了压料和工作凸模的作用。滑块的回程、导向和限位系统同下模侧翻边斜楔机构。


图5 上模侧翻边斜楔机构由于本例翻边成形区不是很大，所以安装翻边凸、凹模镶块的上、下滑块都设计成导柱式，通过导套确保导向精度，这样既解决了滑块的导向问题，又使滑块的外形小巧化。然后根据具体情况分别设计了限位防转装置来防止上、下滑块脱出模具本体和在导套内可能发生的转动。另外，在这种机构里多采用氮气弹簧来保证足够的力和行程。
3．协调运动及行程关系
这套斜楔机构中各运动部件之间的行程关系非常重要，因此各运动部件的行程及动作先后关系是该套机构的设计重点。
如图6所示，因为是向上斜翻边成形，所以在下模斜翻边凹模镶块开始接触制件之前，必须保证上模斜翻边凸模镶块先到位并将翻边区域外的制件压死，之后上滑块必须停止动作。


图6 侧翻边斜楔机构的工作状态这时候，应保证上驱动斜角导板的垂直驱动面与上滑块的垂直导滑面开始接触并做垂直向下运动，这样就保证了上滑块相对静止，斜翻边方向不再产生行程。而上滑块的行程取决于制件的翻边高度及翻边后制件的形状，其行程必须保证凸模镶块在工作结束之后能完全脱开制件。
在上模斜翻边凸模镶块到位并将制件压死之后，上驱动斜角导板的垂直驱动面相对上滑块的垂直导滑面垂直向下运动5～10mm左右，下模斜翻边凹模镶块才可以接触制件开始翻边。
因此，下二级滑块的行程必须考虑翻边成形的高度，同时还要考虑到前序制件的形状，滑块行程要保证凹模镶块在工作前不接触制件，还要加上上滑块的行程以保证在上滑块动作完成之后才开始运动。下二级滑块的行程确定之后，通过斜翻边角度及斜楔行程线图，下一级的滑块的行程随之确定。
总的说来，翻边高度及翻边形状决定上滑块的行程，上滑块的行程决定下二级滑块的行程，而下二级滑块的行程又决定了下一级的滑块的行程。


图7 某行李箱盖外板工序件按不同功能变换结构
下面以某车型行李箱盖外板冲压工艺的某道工序中的向下侧整形工艺为例，简单介绍此类特殊斜楔机构的另类结构。
如图7、图8所示，根据冲压工艺成形方案，该行李箱盖外板的本道工序中需要在零件中部斜向下侧整形出一凹坑，图中黄色区域为侧整形后制件状态。同时该工序还包括修边、侧修边等工艺（图7中蓝色区域为待修废料区），为保证足够的侧修边空间，此处的侧整形斜楔机构必须小巧紧凑尽可能少占模具空间，这里必须用到特殊组合式紧凑型斜楔机构。


图8 侧整形后制件状态图9所示为下模侧整形斜楔机构，图10所示为上模侧整形斜楔机构。同前文示例的斜楔机构相比，由于工作内容的变化，此例斜楔机构做出了相应的结构调整。下模侧整形斜楔机构的整体结构变化不大，作为工作零件的整形凹模镶块和导柱式滑块设计成了一体，目的在于最大限度地瘦身以减少所占空间。上模侧整形斜楔机构的结构形式则更为紧凑小巧，驱动、导滑、限位和回程自成一体，是典型的简易特殊斜楔，可在狭小空间或零件中部完成各种角度的冲压工序。


图9 下模侧整形斜楔机构本例中的整形凸模镶块亦和导柱式滑块设计为一体，目的在于节省空间。需要特别注意的是，本例斜楔机构各部件间的先后运动关系与前文示例的斜楔机构不同。由于是向下侧整形，必须保证下模的凹模镶块先于上模的凸模镶块到位，所以下模一级滑块采用了斜角导板驱动的方式。


图10 上模侧整形斜楔机构总之，只要充分掌握此类特殊组合式紧凑型斜楔机构的功能结构原理，根据具体情况灵活变换其结构形式就可实现多种冲压工序，使此类特殊斜楔机构发挥出最大的作用。


图11 不同环境下的变换形式应用优势
如前所述，此类特殊组合式紧凑型斜楔机构的优势在于：可以很好实现大型汽车覆盖件特殊位置的各类冲压工序。整套机构结构紧凑、体积小巧，节省了大量的模具空间，从而使模具轻量化、小巧化和美观化。
这套机构虽然结构复杂，涉及到的零部件相对较多，在加工、装配、调试和维修上存在一定的困难，但其制造周期短、制造成本低，在复合程度越来越高的汽车覆盖件模具中具有广阔的应用前景。
结语
在当前汽车工业生产中，由于市场竞争日益激烈，冲压产品正朝着复杂化、多样化、高性能和高质量的方向发展，模具也正朝着复杂化、高效率、高精度和长寿命的方向发展。我们在做模具结构设计时必须全面考虑，尽可能提高模具的可行性、稳定性和经济性。因而创新和优化模具中常用到的斜楔机构就具有非常积极的意义。目前，本文所介绍的特殊组合式紧凑型斜楔机构已投入应用，反馈信息表明此类斜楔机构在模具中运行正常，并在实际生产中获得了令人满意的效果。

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