汽车模具中斜楔机构的理解和演化

liuxianglong

　　斜楔机构的创新挖掘开发应用是丰富模具工艺的技术保证，合理使用斜楔机构是模具技术水平发展的体现。本文对汽车模具中斜楔机构的理解和演化进行了阐述。
　　通常的模具中凸模是被包容部件在下模中不动（拉延模中双动拉延模和翻孔类的模除外），凸模除工作还有定位的功能。凹模作为包容部件是动的，装在冲床滑块做直上直下运动。但有很多情况凹模不在竖直方向上运动，凸模也有可能是动的，例如在负角翻边中。如何变竖直方向上的运动为其他方向的运动，需要依靠模具的斜楔机构，斜楔机构的滑块转变方向，其上的凹模或凸模就会改变冲压方向和退出件角度。因此，合理使用斜楔机构是技术水平发展的体现。
　　斜楔机构的组成、分类和特点
　　1．组成
　　斜楔机构由上斜楔、下斜楔和夹在中间的滑楔（也称斜楔滑块）三部分组成。上下斜楔分装上下模，斜楔滑块可在上也可装在下，与斜楔滑块装不在一起的那个斜楔称为驱动器。
　　2．分类
　　斜楔滑块承载凹模时，将机床滑块单一的竖直上下运动转为除竖直外其他角度冲压方向的斜楔机构简称CAM。当斜楔滑块承载着凸模时，以张大凸模块为负角翻边为工作内容时该机构简称扩张机构。
　　

　　3．CAM和扩张机构的特点
　　（1）共同点
　　两者都有上斜楔、下斜楔和夹在中间能滑动的斜楔滑块。
　　（2）不同点
　　CAM上的凹模动作是不间断连续（包容）的，翻边和修边也都如此，是主动的。因此，CAM驱动器和斜楔滑块接触面间是连续的一个斜面。CAM既用于修边，也可与扩张机构组合用于翻边。
　　扩张机构用于负角翻边，其上的凸模仅用于负角翻边和定位，它是“活”凸模，件扣在其上。它通常在件下运动贴边到位后停下等待被侧包翻，是被动的。等待这一状态称为“停滞”，侧翻后退出负角可拿出工件。扩张机构驱动器和斜楔滑块间的相配面有斜面和直面（通常用标准件斜楔导板），分别用于驱动和“停滞”滑块。在件下面向里翻边的工艺定义为标准型负角翻边工艺。该工艺使用的扩张机构本文定义为标准扩张机构。扩张机构须与CAM配对使用，仅能用于负角翻边，侧修边不用。
　　扩张机构与CAM最大的不同是“停滞”。
　　

　　CAM分类
　　CAM主要有侧、吊冲两种“标准型”斜楔机构。斜楔滑块和回位弹顶器（包括弹簧和氮气缸）安在下面的叫侧冲机构，上斜楔为驱动器。斜楔滑块和回位弹顶器安在上模的叫吊冲机构，下斜楔为驱动器。标准型就是只有一个滑块，具体应用时也可以进行多滑块衍变。
　　多滑块CAM可分为三种：一二级滑块在下面的为侧冲三动CAM机构；一二级滑块在上面的为三动吊冲CAM机构；一二级滑块分别在上下的为吊侧冲三动CAM。
　　吊冲三动CAM机构的典型应用：在拉伸的同时将稍带负角的浅“窝”冲出，为省工序保面品，必须对CAM进行压窝，但无需用扩张机构。如图1中用点化线虚拟了“标准型的CAM（白色点化线）”，y为与上下斜楔相触导板，因距下面的导板太远，滑块不得不做大，可见此处不合理。于是，设计成两滑块的吊冲CAM（红色点化线），显然双滑块结构在这个模中更为合理。CAM有两个滑块，安在上模；一个驱动器，安在下模。此处需注意两点：下模上的斜楔驱动器一定要安在不动的下本体上，不能装在运动的下模压边圈上，否则“抠手窝”处凸模会早先顶出；这一结构只适合“抠手窝”较浅，否则会有较长划移线影响面品，取件也不便。
　　

　　标准扩张机构的类型及衍生
　　用标准型负角翻边工艺，必需采用标准扩张机构，其特点是：可以“停滞”，这点CAM没有；扩张的凸模在件下运动。基本运动是：扩张机构到位→“停滞”→CAM侧包翻，到前半冲程结束→然后回退，下半冲程结束，完成工作。这个“基本运动”是判定扩张机构的标准。
　　标准扩张机构是从件里向外运动，贴上件的边界，为负角翻边。向外贴的过程中，机构似向外膨胀变大，故称之“扩张”。扩张机构是与CAM配对使用的。标准扩张机构的分类有拉车式、后推车式、侧插杠式扩张机构及根据“基本运动”特点衍生的无斜楔导板式扩张机构。
　　1．拉车式扩张机构
　　拉车式扩张机构简称拉车，其模式及特点是：除镶块外，拉车大部分在产品外靠翻边一侧。
　　其优点是：“拉车—CAM”在同侧组合，一个驱动器可同时驱动拉车和CAM，结构紧凑；对产品中部开空要求不高可以没有开门窗，也能选拉车或选后面介绍的插杠式扩张机构。
　　其缺点是：拉车颈部高长，后面没有支撑，刚性较差。拉车基本是0°或0±20°水平运动，受限于角度有些不能带“帽子”，故工件定位会受影响。拉车不适合做多滑块。
　　

　　2．后推车式扩张机构
　　后推车式扩张机构简称推车。推车驱动器从件中空处下插至“推车”滑块背后，通过斜楔导板推动滑块。使用推车件应具有产品较窄，从件另一侧下驱动器，滑车不过大并好布；或有足够通天空间（如有门窗），能容驱动器从开空处下插。一个“推车”滑块的滑动角度范围一般局限在0±20°，优势是，因其顶在斜楔滑块后面，有效抵住了CAM凹模翻边力冲击，滑块上的凸模刚性好。“推车—CAM”组合虽较大，但滑块是在件下面运行，不占空间。角度20°以上的推车机构扩张，一个滑块费力且容易自锁，加一滑块就衍变出了两滑块，可衍变多个角度。因推车“衍变”适应性好，还可“带帽”定位。
　　如图2所示，图2b是两滑块型扩张机构的进一步完善，斜楔导板用在一二滑块间占用较图2a更小的空间。衍变使推车更有实用意义 。
　　

　　3．侧插杠式斜楔扩张机构
　　侧插杠式斜楔扩张机构简称侧插杠。
　　（1）机构特点
　　如图3所示，机构中有两个滑块，一个是装凸模的滑块（二级最终滑块），一个是插杠滑块（一级滑块）。驱动器先接触插杠滑块的导向腿，逐级驱动滑块使该机构上的凸模扩张。
　　其优点是：插杠适应强，应用范围很广，产品件内部不要求中空，这比“推车”对件的要求低；刚度与“推车”刚度相仿，较“拉车”具有更好的刚度；滑块都在件下运动，用一腿驱动占用空间很小；从进出产品角度看，只要允许，沿水平轴线可从0到90°转动，角度范围大，沿Z轴几乎也可从0到90°转动，比较图4、图5可见，插杠滑块的动向与CAM向间夹角有很大的不同，说明延Z轴转角驱动也很丰富，这也是多滑块（两个以上滑块）的特点。
　　其缺点是：“插杠”往往翻边长度大时，凸模滑块承受压力过重，而仅一个驱动器对接一个插杠滑块驱动腿，驱动腿位于滑块端部，位置极端，驱动面积小且驱动点少，导致驱动器该处斜楔导板所受的冲击和磨擦很大，斜楔导板磨损非常严重。
　　对于适应性强的插杠，应该优化设计降低斜楔导板磨损，充分发挥插杠优势。
　　

　　（2）优化设计
　　优化方案一：基于“插杠”导板磨损大的缺点，也可采用二级驱动。
　　如图4所示，用两对不同角度的导板A-a和B-b配对驱动。驱动前期斜楔导板A-a角度小先接触，角度越小越尖冲击阻力越小，即启动力越小，但下插行程会较大，正所谓省力不省功，但工作向速度慢。行程后期至下死点过程中，将已动起来的滑楔用角度大且工作向速度快的导板B-b驱动，直到斜楔导板直面贴合，而此时小角度导板A-a间已经脱开，完成启动使命。小角度导板可称其为启动导板，可减磨、降噪和减冲击，有效提高了导板的寿命。
　　优化方案二：如可能，其驱动腿布在插杠滑块（一级滑块）的居中较好。如果在B-b左右能有两块A-a启动则更平衡些。
　　优化方案三：加气缸助力（见图5）。在实践中，如图3所示的这种只有一种角度的一级斜楔导板导滑，因磨擦力大曾多次更换导板，可加气缸辅助以改进。
　　

　　4．通过托芯与下斜楔的相互作用衍生无斜楔导板的扩张机构
　　基于扩张机构的停滞和件下滑动的基本特点，无斜楔导板的机构也可以完成负角翻边的回退取件。
　　如图6所示，下托芯上放件，运动的上下托芯夹着件，相互间相对不动。上芯“硬”，先压下下托芯驱动其下的斜楔滑块（活凸模）；以芯和件不动来看，斜楔滑块进入到件中达到扩张状态，下托芯到底后，斜楔滑块到位一起停滞。上模继续下行，“硬”上芯回缩，CAM滑块在驱动器驱动下，CAM凹模开始侧包翻。具体过程为：上芯压下下芯驱动斜楔滑块→“停滞”→CAM侧包翻→回退取件，完成工作。
　　其优点是：此结构不使用斜楔导板，因此斜楔间的导板所的受冲击弹性接触柔且平稳磨损也小。
　　其缺点是：无斜楔导板，单靠上托芯和下托芯，斜楔滑块也可完成“停滞”工作。因为这种侧翻边的“帽子”上托芯是弹性的，偏软非刚性；若本应硬的上芯偏软，将可能会没有“停滞”状态，影响质量。
　　非标准型负角翻边工艺及结构
　　标准型负角翻边工艺所翻的边是在下面向件里抠翻的。如没有扩张机构，翻后产品抠抱在凸模上拿不下来。这类工艺的模具扩张机构的凸模滑块是在件中由里向外运行贴近件的翻边边界，即扩张到位，翻后凸模里抠变小。
　　非标准型负角翻边产品侧翻边后，有的产品轮廓变，还有的是在件上面负角翻边的。扩张机构的滑块都是从外面或上面接近边界到位的。
　　1．从里往外翻的产品工艺
　　这个结构里CAM最为特别。该工艺的模具被包容块即扩张机构斜楔凸模，在件的外面，从件外向件里走，凸模活动到位后“停滞”等待凹模包翻。“停滞”与标准型负角翻边是共通的，要用斜楔导板。工作完成，斜楔凸模回位让开翻的边，可取出件。
　　在图7所示的剖视图中，CAM机构和扩张机构只能全在件外侧，这与标准型“拉车扩张—CAM”在外侧驱动相似。但图7里的“扩张机构”是从件外向件方向贴上产品边界，这与标准 “扩张机构”从里向件外边贴有所不同。CAM是从里向外翻，这个“拉式CAM”是本组合的特色，也是本工艺常见的模具结构。
　　2．件上面向里负角翻边的工艺
　　（1）斜楔导板扩张机构与上托芯和CAM组合在本工艺的应用。
　　关注上托芯在扩张机构中的作用原理（见图8），翻边后产品上面的边收缩变小了。如图9所示的模具图，凸模从件上面进入后“停滞”等待，CAM载着凹模在件上边向里侧包翻。与标准型工艺中的凸模在件下面运动“停滞”等待不同。本扩张机构启动前既不在件下，也没有敞开空间供扩张机构从件侧外进入，只能从件上方进入。被包容的凸模需装在上模托芯的扩张机构上。运动过程分三步：第一步，上模托芯触件后停止下行，凸模竖向运动随之停下；第二步，机床继续向下，斜楔导板驱动上托芯中滑块，凸模改变为大约水平向扩张到位“停滞”；第三步，机床滑块继续向下，CAM凹模翻边。
　　总停滞是由托芯和扩张机构共同完成的。图8所示的工艺中，上托芯在“总停滞”中包括了竖向停滞（上托芯完成）和水平向停滞（由扩张机构完成）。标准扩张机构无竖向停滞，这是与标准的斜楔导板扩张机构最大的不同。
　　（2）上下托芯与CAM组合在件上面的负角翻边工艺的应用。
　　如图10所示，该工艺产品向上大角度负角翻边。由于托芯上装扩张机构完成“从上面进入→停—从左右侧进入→到位停滞”不再适合，因此不宜用斜楔导板驱动。参考前面介绍的基本原理，用上下芯与CAM组合，替代斜楔导板的扩张机构，如图11所示的模具图，件定放在下芯上不动，“芯件芯”相触，两芯夹着件，从件上看芯件则芯永不动。
　　从人来看：有软硬两芯，哪边芯“软”，其中的斜楔滑块就是被包容凸模，因其必随着软的托芯回退先顶出软芯，软芯到底成“刚芯”，被包容凸模到位“停滞”，“刚芯”顶硬芯回退，其中的凹模露头包翻。按需现定上模为凸模，下芯必须“硬”，让上芯先回缩直到触底，过程中上芯驱使斜楔滑块凸模扩张直到触底“停滞”（相对件扩张到位停）；继续下行，刚性下压下芯使其回缩，下面的凹模向上翻边。该结构的缺点是：翻边力都作用到上下托芯上，刚性不好，因此托芯一定要采用高导板和锥形垫去防侧向力，托芯应墩死。
　　需注意的是：托芯都是越压越硬，上芯软，但上芯最后一段的硬度如与下芯刚开始时的相当，将会出现凸模和凹模在上芯最后一段同时在动的情况，将影响翻边质量。因为，凸模和凹模同时在动意味着凸凹模相向拍砸出来而不是磋翻出。无论标准还是非标准扩张机构，藏凹模（或说CAM包容模）的芯绝对硬度要大，藏凸模的芯绝对硬度要软。行程都是凸模（扩张机构）先顶出冒头“停滞”，CAM凹模最后包翻，无论凸凹模在上还是在下。
　　结语
　　斜楔机构的创新挖掘开发应用是丰富模具工艺的技术保证，从本文中的例子我们就能感受到工艺设计人员对斜楔机构有深入理解灵活掌握是非常必要的。给一些老概念赋予一些新的理解，这些新元素能够帮助我们拓展工作思路。
　　

malu

学习了，斜锲是个经典！

生机勃勃

看起来好复杂的样子