非標斜楔機構(gòu)設(shè)計及其在模具中的應(yīng)用

尹 康，王世武，王永康，張 曄

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 引言

沖壓加工一般為坐標垂直（Z）方向，而當制件的加工方向是水平或傾斜時，就需要斜楔機構(gòu)把滑塊沖壓方向改變成工作部件的水平或傾斜方向。標準斜楔(可以直接選用購買)的安裝面寬度和沖壓角度數(shù)值是固定的，當遇到超出范圍結(jié)構(gòu)，在工藝、結(jié)構(gòu)及成本加工受限情況下，就需要自制非標斜楔進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2 非標斜楔的應(yīng)用

非標斜楔多用于大型覆蓋件（如車門、側(cè)圍、翼子板等）模具側(cè)修邊、側(cè)沖孔及側(cè)整形時，根據(jù)沖壓角度、沖壓工藝等，在滿足工作基礎(chǔ)上自行定制結(jié)構(gòu)，靈活方便且不受結(jié)構(gòu)限制。非標斜楔對沖壓工藝排序有很大幫助，解決復雜制件修邊沖孔成形，能實現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)簡單化，成本降低化。

圖1所示為某制件的側(cè)修側(cè)沖工序，合計10個30°側(cè)沖孔（預留1個長圓孔），11個20°側(cè)沖孔（預留1個長圓孔），1個20°側(cè)修邊，1個10°側(cè)沖孔和側(cè)修邊，沖孔多又密。

圖1 制件孔位示意圖

CAM30所有沖孔密布在900mm長范圍內(nèi)，標準斜楔如果用一個，模具結(jié)構(gòu)限制大，如果用兩個或多個，又無法合理布局。結(jié)合自身特點，采用非標斜楔設(shè)計，解決所有沖孔問題。

CAM20所有沖孔密布在500mm長范圍內(nèi)，可勉強采用標準斜楔，但由于標準斜楔滑塊面太短，也需要增加墊板保證孔位安裝。

3 模具結(jié)構(gòu)對比

3.1 采用標準斜楔機構(gòu)的模具圖

圖2所示標準斜楔滑塊座寬度尺寸370mm，調(diào)整合適位置后，壓料芯為避讓滑塊座，靠近制件端寬度方向必須減少，致使鑲塊壓料面距制件X向最小懸空60mm，Y向懸空140mm，起不到很好的壓料作用，制件沖孔容易出現(xiàn)毛刺；鑲塊自身結(jié)構(gòu)也比較單薄，長期使用存在斷裂風險，機床工作中斷裂更容易引起生產(chǎn)事故。

圖2 下模座、壓料芯和標準斜楔機構(gòu)

圖3所示上模總長2,280mm，因為標準斜楔整體輪廓加大，中部1,780×950×300mm空間無法布置X向或Y向加強筋，模具兩處端頭沒有有效連接，結(jié)構(gòu)比較單薄，鑄造也容易發(fā)生扭曲。

圖3 上模座結(jié)構(gòu)

3.2 采用自制非標斜楔機構(gòu)的模具圖

圖4所示壓料芯壓料面X向懸空30mm，鑲塊Y向懸空60mm，需要沖孔的部位縱向彈簧力能直接作用上，滿足壓料條件。

圖4 下模座、壓料芯和非標斜楔機構(gòu)

圖5所示上模總長2,280mm，在Y向475mm位置處有一條粗40mm的筋板貫穿X向，連接兩個端頭，極大增加了上模強度。

圖5 上模座結(jié)構(gòu)

3.3 對比結(jié)論

非標斜楔機構(gòu)的使用可以把復雜模具結(jié)構(gòu)簡單化，在提高模具強度，優(yōu)化制件成形方面起很大作用。

4 非標斜楔設(shè)計

斜楔根據(jù)實際生產(chǎn)不同要求，大致可分為正裝斜楔、吊裝斜楔、輥輪斜楔、反向斜楔等多種類型，根據(jù)角度不同，大概又可分為水平斜楔和傾斜斜楔，通常用正裝和吊裝兩種斜楔。

4.1 結(jié)構(gòu)簡介

圖6所示為圖1制件CAM30側(cè)沖孔的吊裝式非標斜楔，主要包括驅(qū)動器1、滑塊5和滑塊座9等3大部件。工作時，滑塊5和滑塊座9一起隨上模向下運動，與驅(qū)動器1接觸并使其沿傾斜角度方向運動，直到?jīng)_壓結(jié)束完成加工動作。當斜楔回程時，滑塊5在回程彈簧合件14、安全螺栓8等復位部件作用下根據(jù)行程分解方向運動，復位到原始狀態(tài)。

圖6 吊裝非標斜楔

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.2.1 斜楔行程圖

斜楔行程圖是反應(yīng)斜楔運動關(guān)系的圖，是設(shè)計斜楔機構(gòu)的基礎(chǔ)。非標斜楔首先要確定整體機構(gòu)的斜楔行程圖，包括滑塊行程、滑塊角度、驅(qū)動器角度等因素。

斜楔角度：標準角度50°。

圖7所示為上述制件斜楔行程圖，滑塊沖壓角度30°，驅(qū)動器與滑塊成50°夾角。43.4為滑塊行程，由兩部分距離確定，一部分根據(jù)沖孔運動方向上加工所需的行程量確定,另一部分考慮制件取出和放入時所必需的最小操作間隙。行程確定后，通過夾角可以計算出整個斜楔圖各部位行程。

圖7 斜楔行程圖

4.2.2 斜楔機構(gòu)各部位設(shè)計圖

斜楔機構(gòu)由于其角度較多，整體結(jié)構(gòu)復雜，需要思路清晰，統(tǒng)籌規(guī)劃，并逐一完成各部件結(jié)構(gòu)。設(shè)計合理性、各部位之間行程準確度關(guān)系整個斜楔加工、裝配、調(diào)試各個階段，甚至影響模具質(zhì)量。

如下為3部件詳細介紹：

（1）滑塊部件。

圖8所示正面為安裝面，進行凸模和修邊鑲塊等工作部件的安裝。

圖8 非標斜楔滑塊（部件5）

滑塊長度L根據(jù)所沖孔跨度確定，寬度W根據(jù)滑塊與驅(qū)動器接觸面上力的作用情況確定，應(yīng)使其開始動作前與接觸面上力的作用線通過滑塊與驅(qū)動器的滑動面，高度H標準情況小于寬度W（H∶W=1∶1-2）。

尺寸確定后，結(jié)合斜楔圖確定滑塊角度，配合安裝安全。

（2）驅(qū)動器部件。

圖9所示驅(qū)動器負責導向滑塊進行沖孔動作，角度與沖孔方向一致，凸V型導板與滑塊凹V型導板配合平導板進行滑配運動，保證沖孔精度。

圖9 非標斜楔驅(qū)動器（部件1）

驅(qū)動器的長度L與滑塊配合設(shè)計，寬度W滿足大于1.5～2倍的高度H，完成驅(qū)動器本體尺寸布置。本體設(shè)計完成，通過增加緊固螺釘、銷釘，實現(xiàn)驅(qū)動器結(jié)構(gòu)。

（3）滑塊座部件。

圖10所示為滑塊座與滑塊屬于配合運動關(guān)系。滑塊座跟隨上模運動，通過壓縮彈簧或氮氣缸等部件，推動滑塊在驅(qū)動器上工作，完成修邊沖孔等動作。當運動結(jié)束，彈簧和氮氣缸等復位部件拉回滑塊復位，從而完成整個沖程。

圖10 非標斜楔滑塊座（部件9）

4.2.3 自制非標斜楔機構(gòu)示意圖

依據(jù)各部件設(shè)計方法，完成非標斜楔的設(shè)計，圖11所示為設(shè)計完成機構(gòu)，長920mm，寬390mm，高395mm，重達560kg。圖12所示為非標斜楔應(yīng)用于模具。

圖11 非標斜楔

圖12 非標斜楔應(yīng)用于模具

5 結(jié)束語

非標斜楔機構(gòu)是汽車覆蓋件模具的重要結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)靈活，種類較多，可以實現(xiàn)制件各個角度、各種工藝的成形加工，滿足結(jié)構(gòu)需求。非標斜楔的研究能促進汽車產(chǎn)品開發(fā)，加速整車研發(fā)的多樣性，整車廠也能提供更多大氣美觀的車型供消費者選擇。