非常規類自制斜楔的研究與應用

張玲玲，呂 強，李陽平，程阿苗，袁 奎，朱五省

（陜西黃河工模具有限公司，陜西西安 710043）

1 引言

隨著汽車工業的不斷發展，汽車的外觀造形越來越優美，抗扭力的結構件越來越多，相應模具的設計制造越來越復雜。在汽車模具設計中，經常會遇到各式各樣形狀復雜怪異的板金制件，其工藝方案制訂及模具設計難度都非常大。很多制件形狀復雜，孔特別多，空間又狹小，在成形時無法采用標準斜楔，只能根據空間設計非標斜楔。

本文介紹了非標斜楔結構的常規設計方法、優化后的設計方案、優缺點及所帶來的經濟效益，對有類似結構特點的沖壓件的成形給出了解決方案，對相應的成形方法提供參考。

2 制件工藝方案分析

2.1 制件介紹

某汽車廠車后蓋板下板，材料：DC03，料厚：2.6mm，制件大小：1,689×325×124.5mm，制件示意圖如圖1所示。

圖1 后蓋板下板

2.2 制件工藝方案

先做拉伸形狀并做工藝補充面（見圖2），從圖2得知此件拉伸深度比較深，而且該制件較長，型面單邊，形狀比較特殊。經分析該制件按常規設計方案最少需要6道工序才能完成制件，工序分別是拉伸→修邊沖孔撕口→沖孔側沖孔修邊側修邊→整形→翻邊→沖孔分離側翻邊。因受生產廠方連線壓機的限制，生產廠要求此制件必須5道工序完成。所以，有工序必須壓縮，經過認真研究分析，決定將整形序和翻邊序合并在一起，這樣最終工藝方案調整為5道工序：OP10拉伸→OP20修邊沖孔撕口→OP30沖孔側沖孔修邊側修邊→OP40整形翻邊→OP50沖孔分離側翻邊，如圖3所示。

圖2 后蓋板下板拉伸形狀

圖3 后蓋板下板DL工序

本應6工序成形的內容壓縮到了5工序，這樣拉伸完后成形工序實際只有一道工序，翻側面法蘭耳朵是和最后一工序沖孔分離一起進行的，因制件拉伸深度較深，所以拉伸完后側壁回彈較大，側壁和底面法蘭必須進行再次整形控制回彈，而在整形時制件左右兩側還需要進行上翻邊，上翻邊和制件前側的下整形之間的間距只有22mm（見圖4），如果按常規結構設計上下浮動，上翻邊凹模和壓料芯進行翻邊，下整形凹模和推板進行整形，但是由于左右兩側上整和下翻離得太近，局部太薄弱，下推板從此處斷裂，左右兩側無法整形。

圖4 后蓋板下板局部整形

解決這個問題最好的工藝方案就是按照原始工藝6工序方案進行，就是將下整形和上翻邊分兩序進行，可是此方案無法得到生產廠方的同意，增加模具套數會給生產廠帶來生產成本的大幅提高。經過周密論證，后來只能在小翻邊處設計制造一個反向倒翻式小斜楔完成上翻邊動作，如圖5所示。模具制造完成后，沖壓試模成功，沖制制件效果非常理想。

圖5 反向斜楔工作原理

3 模具結構設計及其工作過程

3.1 模具結構改進

翻邊整形工序是該制件成形中的第4工序，該工序主要實現對制件前側法蘭整形，并將左右兩側小耳朵向上翻起。通過上凹模和下凸模實現對制件前側法蘭整形，通過一套反向斜楔機構，實現對制件左右兩側小耳朵向上翻起，模具結構如圖6所示。

圖6 模具圖反向斜楔

先將彈簧擋塊8通過螺釘與滑塊7連接，再將回程彈簧10安裝在底部模腔內，并將彈簧蓋板9通過螺釘與下模連接，在下模模腔內安裝滑塊7，它們一起將回程彈簧10封閉在下模，滑塊7由小壓板緊壓在下模；先在翻邊凹模1上安裝擋塊3，再將翻邊凹模1安裝在小壓板4與凸模20之間，并在它們之間安裝彈簧2，然后將小壓板4通過螺釘固定在凸模20側面，并用鍵與凸模卡死，接下來在下模安裝凸模，頂料氣缸和端頭導板，下模安裝完成。

驅動塊5通過螺釘、銷釘固定在上模，并在其背面安裝導滑導板，斜楔上模部分安裝完成，將氮氣彈簧與其固定板用螺釘連接在一起，安裝在上模，再在上模安裝凹模、墩死塊，端頭導板，側銷，壓料芯上安裝導板，氮氣彈簧墊塊，安裝好后放入上模，上模安裝完成。

3.2 模具工作過程

模具閉合時，將前工序修完邊的制件放置在凸模20及其余定位面上，機床滑塊帶動上模向下持續運動，壓料芯22接觸制件開始壓料，繼續下行上模壓料氮氣彈簧開始壓縮，上模再向下運動，翻邊凹模接觸制件，側壁開始整形，當上模下行到距離下模還有32.18mm時，驅動塊5接觸滑塊7，驅動滑塊7并壓縮彈簧10，滑塊7運動推動翻邊凹模1向上運動實現翻邊過程，同時翻邊凹模上嵌入的小壓板3壓縮復位彈簧2儲備復位能量（見圖5），模具繼續下行，下整形和上翻邊到底，翻邊、整形完成。

開模時機床滑塊帶動上模向上持續運動，壓料氮氣彈簧開始卸載所受壓力，逐漸恢復初始狀態，同時凹模25、驅動塊5也隨上模退回，滑塊7底部彈簧10推動擋塊9帶動滑塊向左運動（模具外側）斜楔開始復位，小壓板4壓縮的復位彈簧2也同時推動翻邊凹模1向下運動，翻邊凹模1開始復位，隨著機床繼續上行，翻邊凹模，滑塊退回到位，壓料芯脫離凸模，機床滑塊運動到設定高度后停止。

此副模具大小2,600×1,100×800mm，模具重6.2t，巧妙利用現有空間設計反向倒翻式斜楔機構，在狹小的空間內完成了同時上下翻邊功能，而且斜楔自身體積很小（171×150×262mm，見圖7），與下模做推板相比較，使得此副模具總體模高節約了200mm多，節省了空間，同時此種反向倒翻式斜楔機構使得原本6工序成形的模具壓縮到了5工序，節省了一副模具，按現有模具重量計算，最少節約模具材料近6t。鑄鐵材料費粗略按10,000元/t計算，節約材料費近6萬元；加工費按200元/h計算，一副模具數控加工工時近200h，節約加工費近4萬元，還有熱處理費用，人工工資等，總體計算節約成本最少十幾萬。

圖7 斜楔結構

3.3 核心機構反向倒翻式斜楔主要部件功能及特點

（1）上翻邊凹模。上翻邊凹模它的主要作用是將制件由0°成形為90°。上翻邊凹模在運動過程中由于受到驅動塊9和滑塊5傳遞的力量，在向上運動過程中很容易向左右兩側偏斜，而影響制件整體的成形質量。在設計過程中針對這一問題，將上翻邊凹模前后左右（右側與凸模貼合）緊密包裹在小壓板8中，同時也起到了導向作用，不僅保證了在翻邊時成形的穩定性，同時也保證了精度。在回程時小壓板對上翻邊凹模還起到了限位作用，如圖9所示。

圖8 斜楔分解圖

圖9 斜楔組合圖

（2）滑塊。滑塊在整個機構中是主要的受力主體，它將來自上模向下的力量通過自身角度，轉換為向上的力量，從而推動上翻邊凹模向上運動，實現翻邊功能。由于滑塊要往返，反復運動，在設計過程中一定要保證其穩定性，本套模具在滑塊頂部設計了小壓板，并在小壓板上設計了U凹型槽，與滑塊頂部凸起部分三面緊密貼合，不僅起導向作用，還防止滑塊左右方向擺動，上下躥動，很好的保證了滑塊的穩定性。

（3）小壓板。小壓板在整個機構中至關重要，它保證了整個機構的整體穩定性，小壓板一側靠蓋板壓緊，一側靠凸模鑲塊壓緊，同時在另一側還用鍵和凸模連接，保證了整個機構的穩定性。因受空間限制小壓板兩側壓緊區域稍偏小，沒有完全覆蓋整個小壓板，在空間允許的情況下一定要將小壓板兩側壓緊區域完全覆蓋，將小壓板緊緊鎖死，這樣斜楔整體的穩定性更好。

（4）驅動塊。驅動塊與上模連接，翻邊時來自上模的力量通過它傳遞給滑塊，從而驅動整個機構運動。

3.4 反向倒翻式斜楔機構的優缺點及設計注意事項

（1）反向倒翻式斜楔的優點。

a.結構簡單緊湊，斜楔相對較小，占有空間小，相對于下模做推板結構節省很多空間。

b.可在狹小的空間內根據空間結構位置設計，設計靈活性高。

c.成本低，與常規結構相比節約一套模具，節約了成本十幾萬。

d.裝配簡單，調試方便，試模過程相比一般斜楔機構調試簡捷方便。

（2）反向倒翻式斜楔的缺點。

a.空間限制，滑塊、驅動塊、翻邊凹模之間無法制做安裝導板，造成潤滑調整不便。相對運動較差，滑動不太好。

b.翻邊凹模容易帶動導向裝置向上躥動，因空間限制在導向裝置周圍壓緊區域還是偏少，向上躥動的力不能完全克服，造成該結構穩定性不好。

（3）模具設計注意事項。

a.在空間允許的情況下，盡量在凹模、滑塊、驅動塊、小壓板之間設置導板，以保證精度及準確性，提高斜楔壽命，同時也便于調整。

b.一定要將翻邊凹模的導向裝置與大凸模及下模座固定好并鎖死，斜楔整體運行才會更加穩定。

c.設計時各導滑面盡量設計出油槽。在翻邊時做反向倒翻式斜楔機構是一種特殊工藝，特殊制件采用的一種權宜解決方案，此結構一定要解決好翻邊凹模導向裝置安裝牢靠問題，讓其穩定。在這些特殊工況下，也是一種很好的設計方案。

4 結束語

經實踐證明，此種斜楔機構，很好地完成了制件設計要求，在狹小空間內完成了翻邊動作，節約了一套模具，節約成本十幾萬。該方案無需采用特殊且復雜的結構即可解決復雜的制件成形問題。對有相似結構特點制件的模具設計有一定參考價值。