山東濰坊福田模具有限責(zé)任公司 (261061)林 明

汽車覆蓋件是汽車車身構(gòu)造中最重要的部件之一，特別如翼子板、貨箱邊板、頂蓋、車門、側(cè)圍等是外覆蓋件中最為關(guān)鍵的零件，該部分件不僅外觀重要，而且由于受車身構(gòu)造的制約，設(shè)計(jì)時(shí)部分焊接邊都存在內(nèi)翻邊的結(jié)構(gòu)形式，使得該類件的成形工藝更為復(fù)雜。

我們知道，凸輪機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械中大量應(yīng)用，即使在現(xiàn)代化程度很高的自動(dòng)機(jī)械中，凸輪機(jī)構(gòu)的作用也是不可替代的。旋轉(zhuǎn)凸輪是凸輪機(jī)構(gòu)中的一種新型機(jī)構(gòu)，是20 世紀(jì)末國(guó)際上開(kāi)始出現(xiàn)的一種全新的內(nèi)翻邊機(jī)構(gòu)。

近幾年隨著模具行業(yè)的發(fā)展，此機(jī)構(gòu)形式已開(kāi)始被國(guó)內(nèi)部分汽車覆蓋件模具企業(yè)廣泛使用，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)翻邊汽車覆蓋件成形工藝，解決上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)零件的成形問(wèn)題。

1.汽車覆蓋件負(fù)角在模具中的處理方法

如前言所述，汽車覆蓋件是汽車車身構(gòu)造中最重要的部件之一，特別如翼子板、貨箱邊板、頂蓋、車門、側(cè)圍等關(guān)鍵的外覆蓋零件，為了與大燈、保險(xiǎn)杠、底板等外裝配件搭接配合或者壓合預(yù)翻邊需要，部分件也為了更方便地懸點(diǎn)焊接，所以該類件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的需要必須設(shè)計(jì)成負(fù)角形式(見(jiàn)圖1、圖2、圖3 所示制件負(fù)角區(qū)域)。

圖1 翼子板結(jié)構(gòu)

存在負(fù)角的汽車覆蓋件也是沖壓件中常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式，碰到這類結(jié)構(gòu)形式時(shí)，沖壓工藝人員在作工藝分析時(shí)，除盡可能通過(guò)調(diào)整沖壓方向的方法實(shí)現(xiàn)外，更多地需采用側(cè)成形的工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這種負(fù)特征的結(jié)構(gòu)形式。

圖2 貨箱邊板結(jié)構(gòu)

圖3 車門外板結(jié)構(gòu)

存在負(fù)角的汽車覆蓋件在側(cè)整成形后為內(nèi)翻邊結(jié)構(gòu)特征，成形后的零件會(huì)包在成形凸模上，無(wú)法將零件取出。為了使零件容易取出，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須大多采用雙動(dòng)斜楔(又稱為子母楔)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖4 所示。

上模滑塊與上模驅(qū)動(dòng)構(gòu)成子楔，下模驅(qū)動(dòng)與下模滑塊構(gòu)成母楔，故稱子母楔。固定在上模座上的上模驅(qū)動(dòng)塊，在向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中推動(dòng)下模驅(qū)動(dòng)塊，下模驅(qū)動(dòng)塊推動(dòng)下模滑塊返向運(yùn)動(dòng)，使工作凹?？谶_(dá)到預(yù)定狀態(tài)。上模驅(qū)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中推動(dòng)上滑塊，上滑塊又在下模驅(qū)動(dòng)塊和上模驅(qū)動(dòng)塊雙向作用力下，沿側(cè)整方向運(yùn)動(dòng)，固定在上滑塊的側(cè)整鑲塊完成側(cè)整工作。工作完成后，上滑塊在上模驅(qū)動(dòng)塊的帶動(dòng)下，反向退回。上模座在回程的過(guò)程中，上模驅(qū)動(dòng)與下模驅(qū)動(dòng)塊分離，下?；瑝K在回程彈簧合件的作用下，返回到初始狀態(tài)，零件內(nèi)翻邊部分脫離凹模塊，使零件能夠在垂直方向容易取出。

圖4 雙動(dòng)斜楔結(jié)構(gòu)

2.旋轉(zhuǎn)凸輪的工作原理

由于本文重點(diǎn)介紹旋轉(zhuǎn)凸輪在汽車覆蓋件模具中的應(yīng)用，所以在此先對(duì)旋轉(zhuǎn)凸輪的工作原理做一下介紹，如圖5 所示為旋轉(zhuǎn)凸輪在模具中的結(jié)構(gòu)形式。

上模座在機(jī)床滑塊帶動(dòng)下向下運(yùn)行，滑塊與上模座通過(guò)導(dǎo)板接觸，在上模座的帶動(dòng)下，滑塊與裝在驅(qū)動(dòng)塊上的行程背板接觸，并開(kāi)始驅(qū)動(dòng)滑塊向右移動(dòng)，當(dāng)上模座繼續(xù)下行時(shí)，側(cè)壓料板壓住工序件，然后驅(qū)動(dòng)塊上的導(dǎo)板與滑塊繼續(xù)相對(duì)滑動(dòng)，驅(qū)動(dòng)滑塊工作，從而帶動(dòng)側(cè)翻鑲塊進(jìn)行側(cè)成形工作。側(cè)成形工作完成后，上模座向上回程，滑塊沿驅(qū)動(dòng)塊導(dǎo)板向左退回，側(cè)翻鑲塊脫離凸輪。在旋轉(zhuǎn)凸輪回程用汽缸的作用下向左運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)凸輪沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)回到初始狀態(tài)，正好完全躲避開(kāi)工序件，方便工序件在完成側(cè)成形工作后垂直向上取出;制件取出后，回程汽缸反向充氣，驅(qū)動(dòng)凸輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到復(fù)位狀態(tài)，完成達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

本旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中選用的氣缸回位，氣缸也可以采用彈簧或氮?dú)鈴椈纱?，如果用彈簧或氮?dú)鈴椈苫匚?，則滑塊同時(shí)具備旋轉(zhuǎn)凸輪的復(fù)位功能。

圖5 旋轉(zhuǎn)凸輪工作原理

3.旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的選取

旋轉(zhuǎn)中心是凸輪實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的基本要素之一，而在模具用旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的選擇更是至關(guān)重要的工作，現(xiàn)舉例說(shuō)明旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的重要性(見(jiàn)圖6)。

從圖6 所示剖面的旋轉(zhuǎn)凸輪可以看出，方案1 中旋轉(zhuǎn)點(diǎn)高于側(cè)整形后制件，這樣凸輪在回程時(shí)會(huì)與整形后的制件發(fā)生干涉。方案2 中的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)調(diào)整到整形后的制件以下時(shí)，旋轉(zhuǎn)凸轉(zhuǎn)回程時(shí)就不會(huì)再與制件干涉。所以旋轉(zhuǎn)點(diǎn)對(duì)于旋輪凸輪結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)非常重要。旋轉(zhuǎn)點(diǎn)在圖7 所示的網(wǎng)格區(qū)域選取，避免運(yùn)動(dòng)干涉。

圖6 旋轉(zhuǎn)凸輪運(yùn)動(dòng)

圖7 旋轉(zhuǎn)點(diǎn)選取區(qū)

4.凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)半徑的選取

對(duì)于模具用旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，與普通的凸輪機(jī)構(gòu)有所不同，在模具中旋轉(zhuǎn)凸輪并不做圓周運(yùn)動(dòng)，而是在一個(gè)角度范圍內(nèi)繞旋轉(zhuǎn)點(diǎn)做圓擺運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)半徑的大小會(huì)直接影響到躲避空間的大小。如圖8所示。

圖8 旋轉(zhuǎn)凸輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析

旋轉(zhuǎn)點(diǎn)A 與旋轉(zhuǎn)點(diǎn)B 形成不同的旋轉(zhuǎn)軌跡。從圖中可以看出，旋轉(zhuǎn)體A 的旋轉(zhuǎn)半徑R1＜R2，旋轉(zhuǎn)角度β1=β2，運(yùn)動(dòng)距離M1＜M2，其中M 即為躲避空間。躲避空間太大會(huì)增加運(yùn)動(dòng)行程，增大模具結(jié)構(gòu)尺寸及附件的相關(guān)參數(shù)，增加成本;躲避空間太小，會(huì)在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)回程后，仍然不能垂直取出制件，不能滿足需要。所以躲避空間的大小一定要大于最大干涉尺寸，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中一般選擇躲避空間為最大干涉尺寸的1.5 倍最為合適。有了躲避空間尺寸的大小，從而也就確定了旋轉(zhuǎn)半徑的大小。

5.旋轉(zhuǎn)凸輪在汽車覆蓋件模具上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

如前所述，當(dāng)汽車覆蓋件出現(xiàn)負(fù)角時(shí)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)多數(shù)會(huì)采用雙動(dòng)斜楔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)側(cè)整成形工藝。但如果設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)特殊情況或特殊要求時(shí)如何處理?如圖1 所示零件。

此零件稱為翼子板，是遮蓋車輪的車身外板件，因舊式車身該部件的形狀及位置似鳥(niǎo)翼而得名。圖1所示零件結(jié)構(gòu)形狀，空間狹窄，如果采用傳統(tǒng)的子母斜契結(jié)構(gòu)，則機(jī)構(gòu)體積較大，且該部位側(cè)整量比較大，同時(shí)零件此處空間狹小，還要避免回程時(shí)與零件發(fā)生干涉，會(huì)造成整形凹模強(qiáng)度比較弱，且由于母楔回程還可能造成零件定位的不穩(wěn)定。此種情況不適合子母楔結(jié)構(gòu)。解決此問(wèn)題，若采用旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)是最佳選擇。

旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)在汽車覆蓋件模具上不僅容易解決空間狹窄結(jié)構(gòu)的側(cè)整問(wèn)題，而且還存在其他方面的優(yōu)勢(shì):

(1)旋轉(zhuǎn)凸轉(zhuǎn)圓弧面與定位圓弧面配合密切，能夠保證足夠的壓料面，制件在壓料時(shí)不會(huì)變形，保證側(cè)整質(zhì)量。

(2)旋轉(zhuǎn)凸輪的制造難度遠(yuǎn)小于子母楔的制造難度，加工方便，節(jié)省成本，提高精度。

6.旋轉(zhuǎn)凸輪在汽車覆蓋件模具上的變相應(yīng)用

在實(shí)際的模具設(shè)計(jì)中，部分零件因?yàn)楸旧淼奶攸c(diǎn)，在一次的翻邊或成形中并不能完全成形到位，需要增加工序另外解決，但又受模具高度等特殊條件的限制，這時(shí)也會(huì)采用側(cè)整工藝方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。如圖3 車門外板結(jié)構(gòu)所示。

該車門外板在前序的成形中，周圈已進(jìn)行了翻邊，但因?yàn)橹萍贏—A 截面方向存在較大的弧度，在一次的翻邊中不能到位，如C 處所示邊，需要通過(guò)再次整形才能到位。由于受模具閉合高度等條件的限制，必須采用側(cè)整工序完成。模具結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

該模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)從剖視圖上來(lái)看，并沒(méi)有明顯的旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)，但通過(guò)運(yùn)動(dòng)形式來(lái)看確為標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)凸輪的工作原理，可以稱為旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的變相應(yīng)用。在圖9 中，轉(zhuǎn)動(dòng)凸模的底部存在凸弧與凹弧的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)凸模前后側(cè)、下側(cè)均設(shè)有導(dǎo)板，此滑動(dòng)結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)凸模兩端安裝的圓形旋轉(zhuǎn)軸組成旋轉(zhuǎn)凸輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在此旋轉(zhuǎn)凸輪結(jié)構(gòu)中，凸輪不再是一個(gè)明顯的輪狀結(jié)構(gòu)，而是大型工作塊(斜楔和旋轉(zhuǎn)凸模組成)，該斜楔在此稱為驅(qū)動(dòng)塊，驅(qū)動(dòng)塊和旋轉(zhuǎn)凸模通過(guò)螺釘銷釘緊固成為一體，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸裝在帶有軸瓦的固定座與模座聯(lián)接。工作時(shí)滑塊在上模座的帶動(dòng)下，驅(qū)動(dòng)塊驅(qū)動(dòng)滑塊向右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)側(cè)整工作。工作完成回程時(shí)，驅(qū)動(dòng)塊在氣缸的作用下，旋轉(zhuǎn)凸?；匚坏匠跏紶顟B(tài)，取出制件。制件取出后，回程氣缸反向充氣，驅(qū)動(dòng)凸輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，達(dá)到復(fù)位狀態(tài)，完成全部工作過(guò)程。

7.結(jié)語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)凸輪是一種新型凸輪機(jī)構(gòu)，對(duì)于零件內(nèi)部所需空間較小的而且需要側(cè)成形的模具，該機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)側(cè)整的較為合理的解決方案。而且凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)于雙動(dòng)斜楔結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)加工性和維修性要更好一些，有效地降低模具開(kāi)發(fā)成本，提高工作效率。