汽車模具中斜楔機構的理解和演化

2019-02-13

斜楔機構的創新挖掘開發應用是豐富模具工藝的技術保證,合理使用斜楔機構是模具技術水平發展的體現.本文對汽車模具中斜楔機構的理解和演化進行了闡述.

斜楔機構的創新挖掘開發應用是豐富模具工藝的技術保證，合理使用斜楔機構是模具技術水平發展的體現。本文對汽車模具中斜楔機構的理解和演化進行了闡述。

通常的模具中凸模是被包容部件在下模中不動（拉延模中雙動拉延模和翻孔類的模除外），凸模除工作還有定位的功能。凹模作為包容部件是動的，裝在沖床滑塊做直上直下運動。但有很多情況凹模不在豎直方向上運動，凸模也有可能是動的，例如在負角翻邊中。如何變豎直方向上的運動為其他方向的運動，需要依靠模具的斜楔機構，斜楔機構的滑塊轉變方向，其上的凹?；蛲鼓＞蜁淖儧_壓方向和退出件角度。因此，合理使用斜楔機構是技術水平發展的體現。

斜楔機構的組成、分類和特點

1．組成

斜楔機構由上斜楔、下斜楔和夾在中間的滑楔（也稱斜楔滑塊）三部分組成。上下斜楔分裝上下模，斜楔滑塊可在上也可裝在下，與斜楔滑塊裝不在一起的那個斜楔稱為驅動器。

2．分類

斜楔滑塊承載凹模時，將機床滑塊單一的豎直上下運動轉為除豎直外其他角度沖壓方向的斜楔機構簡稱CAM。當斜楔滑塊承載著凸模時，以張大凸模塊為負角翻邊為工作內容時該機構簡稱擴張機構。

3．CAM和擴張機構的特點

（1）共同點

兩者都有上斜楔、下斜楔和夾在中間能滑動的斜楔滑塊。

（2）不同點

CAM上的凹模動作是不間斷連續（包容）的，翻邊和修邊也都如此，是主動的。因此，CAM驅動器和斜楔滑塊接觸面間是連續的一個斜面。CAM既用于修邊，也可與擴張機構組合用于翻邊。

擴張機構用于負角翻邊，其上的凸模僅用于負角翻邊和定位，它是“活”凸模，件扣在其上。它通常在件下運動貼邊到位后停下等待被側包翻，是被動的。等待這一狀態稱為“停滯”，側翻后退出負角可拿出工件。擴張機構驅動器和斜楔滑塊間的相配面有斜面和直面（通常用標準件斜楔導板），分別用于驅動和“停滯”滑塊。在件下面向里翻邊的工藝定義為標準型負角翻邊工藝。該工藝使用的擴張機構本文定義為標準擴張機構。擴張機構須與CAM配對使用，僅能用于負角翻邊，側修邊不用。

擴張機構與CAM******的不同是“停滯”。

CAM分類

CAM主要有側、吊沖兩種“標準型”斜楔機構。斜楔滑塊和回位彈頂器（包括彈簧和氮氣缸）安在下面的叫側沖機構，上斜楔為驅動器。斜楔滑塊和回位彈頂器安在上模的叫吊沖機構，下斜楔為驅動器。標準型就是只有一個滑塊，具體應用時也可以進行多滑塊衍變。

多滑塊CAM可分為三種：一二級滑塊在下面的為側沖三動CAM機構；一二級滑塊在上面的為三動吊沖CAM機構；一二級滑塊分別在上下的為吊側沖三動CAM。

吊沖三動CAM機構的典型應用：在拉伸的同時將稍帶負角的淺“窩”沖出，為省工序保面品，必須對CAM進行壓窩，但無需用擴張機構。如圖1中用點化線虛擬了“標準型的CAM（白色點化線）”，y為與上下斜楔相觸導板，因距下面的導板太遠，滑塊不得不做大，可見此處不合理。于是，設計成兩滑塊的吊沖CAM（紅色點化線），顯然雙滑塊結構在這個模中更為合理。

CAM有兩個滑塊，安在上模；一個驅動器，安在下模。此處需注意兩點：下模上的斜楔驅動器一定要安在不動的下本體上，不能裝在運動的下模壓邊圈上，否則“摳手窩”處凸模會早先頂出；這一結構只適合“摳手窩”較淺，否則會有較長劃移線影響面品，取件也不便。

標準擴張機構的類型及衍生

用標準型負角翻邊工藝，必需采用標準擴張機構，其特點是：可以“停滯”，這點CAM沒有；擴張的凸模在件下運動?；具\動是：擴張機構到位→“停滯”→CAM側包翻，到前半沖程結束→然后回退，下半沖程結束，完成工作。這個“基本運動”是判定擴張機構的標準。

標準擴張機構是從件里向外運動，貼上件的邊界，為負角翻邊。向外貼的過程中，機構似向外膨脹變大，故稱之“擴張”。擴張機構是與CAM配對使用的。標準擴張機構的分類有拉車式、后推車式、側插杠式擴張機構及根據“基本運動”特點衍生的無斜楔導板式擴張機構。

1．拉車式擴張機構

拉車式擴張機構簡稱拉車，其模式及特點是：除鑲塊外，拉車大部分在產品外靠翻邊一側。

其優點是：“拉車—CAM”在同側組合，一個驅動器可同時驅動拉車和CAM，結構緊湊；對產品中部開空要求不高可以沒有開門窗，也能選拉車或選后面介紹的插杠式擴張機構。

其缺點是：拉車頸部高長，后面沒有支撐，剛性較差。拉車基本是0°或0±20°水平運動，受限于角度有些不能帶“帽子”，故工件定位會受影響。拉車不適合做多滑塊。

2．后推車式擴張機構

后推車式擴張機構簡稱推車。推車驅動器從件中空處下插至“推車”滑塊背后，通過斜楔導板推動滑塊。使用推車件應具有產品較窄，從件另一側下驅動器，滑車不過大并好布；或有足夠通天空間（如有門窗），能容驅動器從開空處下插。一個“推車”滑塊的滑動角度范圍一般局限在0±20°，優勢是，因其頂在斜楔滑塊后面，有效抵住了CAM凹模翻邊力沖擊，滑塊上的凸模剛性好?！巴栖嚒狢AM”組合雖較大，但滑塊是在件下面運行，不占空間。角度20°以上的推車機構擴張，一個滑塊費力且容易自鎖，加一滑塊就衍變出了兩滑塊，可衍變多個角度。因推車“衍變”適應性好，還可“帶帽”定位。

如圖2所示，圖2b是兩滑塊型擴張機構的進一步完善，斜楔導板用在一二滑塊間占用較圖2a更小的空間。衍變使推車更有實用意義 。

3．側插杠式斜楔擴張機構

側插杠式斜楔擴張機構簡稱側插杠。

（1）機構特點

如圖3所示，機構中有兩個滑塊，一個是裝凸模的滑塊（二級***終滑塊），一個是插杠滑塊（一級滑塊）。驅動器先接觸插杠滑塊的導向腿，逐級驅動滑塊使該機構上的凸模擴張。

其優點是：插杠適應強，應用范圍很廣，產品件內部不要求中空，這比“推車”對件的要求低；剛度與“推車”剛度相仿，較“拉車”具有更好的剛度；滑塊都在件下運動，用一腿驅動占用空間很??；從進出產品角度看，只要允許，沿水平軸線可從0到90°轉動，角度范圍大，沿Z軸幾乎也可從0到90°轉動，比較圖4、圖5可見，插杠滑塊的動向與CAM向間夾角有很大的不同，說明延Z軸轉角驅動也很豐富，這也是多滑塊（兩個以上滑塊）的特點。

其缺點是：“插杠”往往翻邊長度大時，凸?；瑝K承受壓力過重，而僅一個驅動器對接一個插杠滑塊驅動腿，驅動腿位于滑塊端部，位置極端，驅動面積小且驅動點少，導致驅動器該處斜楔導板所受的沖擊和磨擦很大，斜楔導板磨損非常嚴重。

對于適應性強的插杠，應該優化設計降低斜楔導板磨損，充分發揮插杠優勢。

（2）優化設計

優化方案一：基于“插杠”導板磨損大的缺點，也可采用二級驅動。

如圖4所示，用兩對不同角度的導板A-a和B-b配對驅動。驅動前期斜楔導板A-a角度小先接觸，角度越小越尖沖擊阻力越小，即啟動力越小，但下插行程會較大，正所謂省力不省功，但工作向速度慢。行程后期至下死點過程中，將已動起來的滑楔用角度大且工作向速度快的導板B-b驅動，直到斜楔導板直面貼合，而此時小角度導板A-a間已經脫開，完成啟動使命。小角度導板可稱其為啟動導板，可減磨、降噪和減沖擊，有效提高了導板的壽命。優化方案二：如可能，其驅動腿布在插杠滑塊（一級滑塊）的居中較好。如果在B-b左右能有兩塊A-a啟動則更平衡些。優化方案三：加氣缸助力（見圖5）。在實踐中，如圖3所示的這種只有一種角度的一級斜楔導板導滑，因磨擦力大曾多次更換導板，可加氣缸輔助以改進。

4．通過托芯與下斜楔的相互作用衍生無斜楔導板的擴張機構

基于擴張機構的停滯和件下滑動的基本特點，無斜楔導板的機構也可以完成負角翻邊的回退取件。

如圖6所示，下托芯上放件，運動的上下托芯夾著件，相互間相對不動。上芯“硬”，先壓下下托芯驅動其下的斜楔滑塊（活凸模）；以芯和件不動來看，斜楔滑塊進入到件中達到擴張狀態，下托芯到底后，斜楔滑塊到位一起停滯。上模繼續下行，“硬”上芯回縮，CAM滑塊在驅動器驅動下，CAM凹模開始側包翻。具體過程為：上芯壓下下芯驅動斜楔滑塊→“停滯”→CAM側包翻→回退取件，完成工作。

其優點是：此結構不使用斜楔導板，因此斜楔間的導板所的受沖擊彈性接觸柔且平穩磨損也小。

其缺點是：無斜楔導板，單靠上托芯和下托芯，斜楔滑塊也可完成“停滯”工作。因為這種側翻邊的“帽子”上托芯是彈性的，偏軟非剛性；若本應硬的上芯偏軟，將可能會沒有“停滯”狀態，影響質量。

非標準型負角翻邊工藝及結構

標準型負角翻邊工藝所翻的邊是在下面向件里摳翻的。如沒有擴張機構，翻后產品摳抱在凸模上拿不下來。這類工藝的模具擴張機構的凸?；瑝K是在件中由里向外運行貼近件的翻邊邊界，即擴張到位，翻后凸模里摳變小。

非標準型負角翻邊產品側翻邊后，有的產品輪廓變，還有的是在件上面負角翻邊的。擴張機構的滑塊都是從外面或上面接近邊界到位的。

1．從里往外翻的產品工藝

這個結構里CAM***為特別。該工藝的模具被包容塊即擴張機構斜楔凸模，在件的外面，從件外向件里走，凸?；顒拥轿缓蟆巴钡却寄０??！巴迸c標準型負角翻邊是共通的，要用斜楔導板。工作完成，斜楔凸?；匚蛔岄_翻的邊，可取出件。

在圖7所示的剖視圖中，CAM機構和擴張機構只能全在件外側，這與標準型“拉車擴張—CAM”在外側驅動相似。但圖7里的“擴張機構”是從件外向件方向貼上產品邊界，這與標準 “擴張機構”從里向件外邊貼有所不同。CAM是從里向外翻，這個“拉式CAM”是本組合的特色，也是本工藝常見的模具結構。

2．件上面向里負角翻邊的工藝

（1）斜楔導板擴張機構與上托芯和CAM組合在本工藝的應用。

關注上托芯在擴張機構中的作用原理（見圖8），翻邊后產品上面的邊收縮變小了。如圖9所示的模具圖，凸模從件上面進入后“停滯”等待，CAM載著凹模在件上邊向里側包翻。與標準型工藝中的凸模在件下面運動“停滯”等待不同。本擴張機構啟動前既不在件下，也沒有敞開空間供擴張機構從件側外進入，只能從件上方進入。被包容的凸模需裝在上模托芯的擴張機構上。運動過程分三步：******步，上模托芯觸件后停止下行，凸模豎向運動隨之停下；第二步，機床繼續向下，斜楔導板驅動上托芯中滑塊，凸模改變為大約水平向擴張到位“停滯”；第三步，機床滑塊繼續向下，CAM凹模翻邊。

總停滯是由托芯和擴張機構共同完成的。圖8所示的工藝中，上托芯在“總停滯”中包括了豎向停滯（上托芯完成）和水平向停滯（由擴張機構完成）。標準擴張機構無豎向停滯，這是與標準的斜楔導板擴張機構******的不同。

（2）上下托芯與CAM組合在件上面的負角翻邊工藝的應用。

如圖10所示，該工藝產品向上大角度負角翻邊。由于托芯上裝擴張機構完成“從上面進入→?！獜淖笥覀冗M入→到位停滯”不再適合，因此不宜用斜楔導板驅動。參考前面介紹的基本原理，用上下芯與CAM組合，替代斜楔導板的擴張機構，如圖11所示的模具圖，件定放在下芯上不動，“芯件芯”相觸，兩芯夾著件，從件上看芯件則芯永不動。

從人來看：有軟硬兩芯，哪邊芯“軟”，其中的斜楔滑塊就是被包容凸模，因其必隨著軟的托芯回退先頂出軟芯，軟芯到底成“剛芯”，被包容凸模到位“停滯”，“剛芯”頂硬芯回退，其中的凹模露頭包翻。按需現定上模為凸模，下芯必須“硬”，讓上芯先回縮直到觸底，過程中上芯驅使斜楔滑塊凸模擴張直到觸底“停滯”（相對件擴張到位停）；繼續下行，剛性下壓下芯使其回縮，下面的凹模向上翻邊。該結構的缺點是：翻邊力都作用到上下托芯上，剛性不好，因此托芯一定要采用高導板和錐形墊去防側向力，托芯應墩死。

需注意的是：托芯都是越壓越硬，上芯軟，但上芯***后一段的硬度如與下芯剛開始時的相當，將會出現凸模和凹模在上芯***后一段同時在動的情況，將影響翻邊質量。因為，凸模和凹模同時在動意味著凸凹模相向拍砸出來而不是磋翻出。無論標準還是非標準擴張機構，藏凹模（或說CAM包容模）的芯******硬度要大，藏凸模的芯******硬度要軟。行程都是凸模（擴張機構）先頂出冒頭“停滯”，CAM凹模***后包翻，無論凸凹模在上還是在下。

結語

斜楔機構的創新挖掘開發應用是豐富模具工藝的技術保證，從本文中的例子我們就能感受到工藝設計人員對斜楔機構有深入理解靈活掌握是非常必要的。給一些老概念賦予一些新的理解，這些新元素能夠幫助我們拓展工作思路。