劉向團(tuán)，程阿苗，張玲玲，王 濤，詹 卓，袁 奎，王 星

（陜西黃河工模具有限公司，陜西西安 710043）

1 引言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車的外觀造型越來越優(yōu)美，對車身鈑金制件的造型和成形精度的要求越來越高，輕量化、耐腐、防撞、高安全性等要求已成趨勢。在汽車模具設(shè)計中，經(jīng)常會遇到各式各樣形狀復(fù)雜的鈑金制件，其工藝方案制定及模具設(shè)計難度都非常大。很多制件形狀復(fù)雜，孔特別多，空間又狹小，在成形時無法采用常規(guī)結(jié)構(gòu)成形，只能根據(jù)空間設(shè)計非標(biāo)斜楔。

本文介紹了一種隱藏斜楔結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)在狹小，受限制區(qū)域內(nèi)制件由內(nèi)向外沖孔，對有類似結(jié)構(gòu)特點的沖壓件的成形方法可提供參考。

2 制件工藝方案分析

圖1所示為某汽車左右后門外腰線加強(qiáng)板，單件外形尺寸為958×286×68mm，料厚為0.65mm，材料為DC03。

圖1 制件結(jié)構(gòu)

該制件單邊形狀復(fù)雜，且兩端大小嚴(yán)重不均，無任何對稱性。若單件設(shè)計模具，模具單邊受力，將影響模具整體強(qiáng)度。經(jīng)過不同方案的CAE 工藝模擬分析對比，左右共模成形效果更好，故初步方案定為：拉伸→修邊沖孔→修邊沖孔分離→翻邊整形。

該制件孔多且密集：10處小孔，7處大孔，多處孔位間距及其距離外形邊線較近，且存在多個沖裁角度，為了保證模具的使用功能及強(qiáng)度，須將各孔盡量分工序沖裁（見圖2）。翻邊翻孔有兩處向上翻，兩處向下翻（見圖1）。為簡化模具，在定成形工藝方案時，采取將同一翻邊方向的放在同一序，沖孔和翻邊沖壓方向接近的安排在同一序。

圖2 制件角度分析

最終該制件工藝方案確定為：拉伸→修邊沖孔→修邊沖孔分離翻邊→翻邊翻孔整形沖孔，如圖3所示。

該制件兩端頭處的主副定位孔距離邊線僅17.6mm，而且與制件整體角度差較大，故無法在修邊時沖孔，必須在后序進(jìn)行側(cè)沖孔，圖3所示將主副定位孔放在第4工序沖裁，與剩下的翻邊翻孔同序。翻邊的同時沖正面的小圓孔和方孔，翻邊的沖壓方向和這些小孔的法向接近，可以同時正沖實現(xiàn)。

為保證主副定位孔方便沖裁，同時也考慮到在本序之前，左右制件已經(jīng)分離，為方便取件，該工序制件左右擺放。為兼顧沖孔和翻邊，制件在上一序的基礎(chǔ)上，上下翻轉(zhuǎn)180°。若直接按前工序翻轉(zhuǎn)180°擺放制件，則左右兩個斜楔相對，需要的空間很大，所以采取圖3所示OP40的制件擺放方式，將兩個側(cè)孔放置在外側(cè)，便于設(shè)置斜楔。

圖3 工藝方案

3 模具結(jié)構(gòu)分析

該制件需要側(cè)沖的主副定位孔處在制件低凹處，若用標(biāo)準(zhǔn)斜楔，則斜楔驅(qū)動塊安裝面與型面距離較近，型面掏空太多，壓料芯整體強(qiáng)度較差，同時兩個標(biāo)準(zhǔn)斜楔對稱放置，需要占用非常大的空間，模具也需相應(yīng)加大，增加了很多不必要的成本。

若采用自制反式倒拉鉤斜楔，如圖4所示，壓料芯沖孔處必須全部避讓開，壓料芯強(qiáng)度差，斜楔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配加工難度都很大，模具尺寸也較大，且該種斜楔沖孔精度較差，不建議采用。

圖4 反式倒拉鉤斜楔

3.1 隱藏斜楔機(jī)構(gòu)

最終采用圖5 所示的自制隱藏斜楔機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，節(jié)省了很大的空間，相比設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)斜楔和反式拉鉤斜楔的模具，模具外形單邊最少縮小200～400mm，節(jié)約了材料1.5～2t，極大的節(jié)約了成本，同時它安裝在壓料芯上，壓料芯不用大面積開避讓，也保證了壓料芯強(qiáng)度；斜楔自身為圓環(huán)形導(dǎo)向，類似導(dǎo)柱和導(dǎo)套，沖孔精度更高。

圖5 隱藏斜楔機(jī)構(gòu)

隱藏斜楔機(jī)構(gòu)如圖5 所示，滑塊座1 安裝在上模架上，強(qiáng)制復(fù)位板2安裝在滑塊座上，一端連接在滑塊連接板4 上，滑塊連接板與圓形滑塊5 用螺釘銷釘緊固連接成一整體，回程氮氣彈簧6安裝在壓料芯上，在模具開模時推動滑塊連接板4 帶動圓形滑塊5 運動；導(dǎo)向驅(qū)動塊7安裝在壓料芯上，完成沖孔動作的標(biāo)準(zhǔn)凸模和固定座安裝在圓形滑塊5上。

3.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)如圖6 所示，模具整體采用導(dǎo)板+導(dǎo)柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，利用隱藏斜楔機(jī)構(gòu)實現(xiàn)從制件內(nèi)部向外進(jìn)行沖孔；隱藏斜楔核心部件安裝在上模與壓料芯之間，對壓料芯和上模的導(dǎo)向精度要求比較高，壓料芯上安裝了4個導(dǎo)柱，同時壓料芯四周還有導(dǎo)板導(dǎo)向，來保證導(dǎo)向精度；壓料芯和下模之間安裝了錐形平衡塊，保證壓料芯和下模之間的導(dǎo)向精度，壓料芯隱藏斜楔沖孔部分單獨鑲了鑲塊，便于加工。

圖6 模具結(jié)構(gòu)

3.3 模具工作過程

模具閉合時，將前工序完成的制件放置在凸模16上，機(jī)床滑塊帶動上模持續(xù)向下運動，壓料芯12接觸制件開始壓料，上模繼續(xù)下行，壓料氮氣彈簧25開始壓縮，上模再向下運動，斜楔滑塊座1上導(dǎo)板3開始接觸滑塊連接板4，滑塊連接板4將受到的力量傳遞給圓形滑塊5，由于圓形滑塊5處于圓形導(dǎo)向驅(qū)動塊7之中，并受到限位塊8（見圖5）限制，只能沿圓形導(dǎo)向驅(qū)動塊7軸向運動，迫使復(fù)位氮氣彈簧6受壓縮短；當(dāng)圓形滑塊5沿圓形導(dǎo)向驅(qū)動塊7軸向運動時帶動安裝在他上的側(cè)沖孔凸模沿凸模軸向運動，同時上模模腔內(nèi)其他正沖孔凸模和翻孔凸模隨著機(jī)床向下運動；隨著上模繼續(xù)下行，側(cè)沖孔凸模進(jìn)入凹模，當(dāng)復(fù)位氮氣彈簧6壓縮到設(shè)定的行程后，同時上模也接觸限位塊14，上模停止運動，沖孔翻邊動作完成；運動行程如圖7所示，沖裁的廢料通過凹模下的漏料孔落入廢料盒排出模具。

圖7 運動行程圖

模具開模時，機(jī)床滑塊帶動上模向上運動，壓料氮氣彈簧25開始卸載所承受壓力，逐漸恢復(fù)初始狀態(tài)，滑塊座1隨著上模向上運動，復(fù)位氮氣彈簧6開始釋放壓力逐漸恢復(fù)，在強(qiáng)制復(fù)位板2（見圖5）和復(fù)位氮氣彈簧6的共同作用下，圓形滑塊5沿圓形導(dǎo)向驅(qū)動塊7軸向運動，隨著運動的進(jìn)行，當(dāng)圓形滑塊5上臺階限位面接觸到限位塊8時，無法再沿圓形導(dǎo)向驅(qū)動塊7軸向運動，此時復(fù)位氮氣彈簧釋放完畢，側(cè)沖凸模也脫離凹模，圓形滑塊5與滑塊座1脫離，滑塊座1繼續(xù)隨著上模向上運動，同時壓料芯、正沖凸模、翻孔凸模一起隨著上模向上運動，上模運動到設(shè)定的高度后停止運動。

該副隱藏斜楔機(jī)構(gòu)的巧妙設(shè)計，使得該模具比按常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，模具單邊縮小200～400mm，節(jié)約了材料1.5～3t，節(jié)約材料費及加工費約3～6 萬元。在模具行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)的今天，模具企業(yè)已遍布全國各地，如果采用此機(jī)構(gòu)，能為企業(yè)節(jié)約費用約5萬元，全國幾十萬家模具企業(yè)，則節(jié)約成本上千萬，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

該模具在交付后使用良好，運行穩(wěn)定，取放件方便，各制件孔位、邊線、面間隙均達(dá)客戶要求，制件合格率90%以上，隱藏斜楔沖出孔位準(zhǔn)確，為客戶節(jié)約了成本，得到客戶一致好評。

4 結(jié)束語

本文介紹的新型隱藏斜楔機(jī)構(gòu)減少了模具開發(fā)成本及制造成本，此結(jié)構(gòu)原理簡單，沖孔精度高，沖壓出制件孔位準(zhǔn)確，送取件方便，對有類似結(jié)構(gòu)特點的制件成形設(shè)計有借鑒作用。