氣缸驅(qū)動(dòng)在三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用

近年來，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，帶動(dòng)了汽車模具業(yè)的迅速發(fā)展，汽車沖壓模具作為車身和四大工裝之一，也不斷推出新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是解決汽車覆蓋件產(chǎn)品沖壓負(fù)角翻邊或整形問題時(shí)常用的一種模具結(jié)構(gòu)，它是通過逐級(jí)傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)將負(fù)角處的活動(dòng)凸模退出制件負(fù)角區(qū)域，使制件能豎直向上取出模具。本文以頂蓋側(cè)整形模為例，詳細(xì)介紹了氣缸在三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)用的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及在模具設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)和后期模具調(diào)試階段的驗(yàn)證效果。

制件工藝分析

如圖1所示，制作產(chǎn)品長(zhǎng)2390 mm，寬1157 mm。本制件的突出特點(diǎn)是：外形尺寸很大，型面平坦，前后側(cè)均有負(fù)角。本工序的工作內(nèi)容為前后兩邊的立壁和凸緣面采用70°斜楔機(jī)構(gòu)側(cè)整形。

模具主要結(jié)構(gòu)的確定

根據(jù)制件工藝特點(diǎn)分析本序模具，存在以下幾個(gè)關(guān)鍵問題：

1. 制件定位問題

由于制件型面平坦，使用型面定位方式不可靠，必須使用四周輪廓定位的方式。

2. 取件問題

前后兩邊的立壁整形后形成負(fù)角，不能直接取件，所以凸模必須是可活動(dòng)的。

3. 模具加工的工藝性

本制件的外形尺寸大，尤其是長(zhǎng)度方向太長(zhǎng)，即本序模具的整形線太長(zhǎng)，如果使用旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪顯得又細(xì)又長(zhǎng)，不僅加工精度不能保證，而且彎曲變形也很難控制。

綜上所述，確定采用三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。但是，這樣仍然存在一個(gè)問題，就是制件的定位問題。如圖2所示，傳統(tǒng)的三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是在上模下行，工作部件工作前，活動(dòng)凸模才能到位。而在初始狀態(tài)，制件往模具內(nèi)放的時(shí)候，活動(dòng)凸模是處于退回狀態(tài)，不能實(shí)現(xiàn)前后兩側(cè)外輪廓定位的方式。

經(jīng)過反復(fù)思考，決定在三級(jí)傳動(dòng)的基礎(chǔ)上增加氣缸驅(qū)動(dòng)，用氣缸的驅(qū)動(dòng)代替驅(qū)動(dòng)塊的驅(qū)動(dòng)。目的就是在模具初始狀態(tài)，制件放置之前，通過氣缸驅(qū)動(dòng)，讓活動(dòng)凸?；貜?fù)到工作狀態(tài)。這樣放置制件時(shí)，下模各部件處于一個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，可對(duì)制件施加各種定位，使得定位準(zhǔn)確。下模傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

工作原理

圖4所示為工作過程行程圖。以模具打開狀態(tài)為初始狀態(tài)，工作過程為：氣缸3驅(qū)動(dòng)滑塊2運(yùn)動(dòng)，同時(shí)滑塊2驅(qū)動(dòng)活動(dòng)凸模1運(yùn)動(dòng)到位，放置制件，上模下行，壓料板壓料，整形開始，到下死點(diǎn)，整形完成;上模上行，同時(shí)氣缸3驅(qū)動(dòng)滑塊2回程，活動(dòng)凸模1在自身重力及回程彈簧力的作用下向下回退，退出制件負(fù)角區(qū)，制件取出，開始下一次沖壓過程。需特別說明的是，驅(qū)動(dòng)塊4起安全作用，只在氣缸出現(xiàn)故障的時(shí)候才起作用。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 活動(dòng)凸模的回退方向與側(cè)整形的方向沒有直接關(guān)系，只根據(jù)制件整形后的形狀選擇合適的退出角度即可。

2. 不能在同一側(cè)使用兩個(gè)氣缸同時(shí)推拉，兩個(gè)氣缸要分別設(shè)置在前后兩側(cè)，一個(gè)推一個(gè)拉，這樣可以避免滑塊運(yùn)動(dòng)方向左右受力不平衡。

3. 氣缸行程的選擇。氣缸的行程不能用完，在工作和回程兩種狀態(tài)下都要有富余。

4. 剛性驅(qū)動(dòng)只起安全作用。驅(qū)動(dòng)塊4的行程跟傳統(tǒng)的三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比可以減少。通常情況下，如圖5所示，驅(qū)動(dòng)塊1進(jìn)入直線段的行程st應(yīng)該比模具壓料板的行程大5mm以上。在本案中，可以不必考慮壓料板的行程，此行程可以減小，從而模具的總行程相應(yīng)減小。

模具調(diào)試驗(yàn)證效果

模具裝配完成后，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，氣缸驅(qū)動(dòng)滑塊的速度比較慢，影響沖壓效率。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)其原因是氣缸與氣源連接的氣管太細(xì)。理論驗(yàn)證如下：本模具選用的氣缸型號(hào)為Φ200x110，氣缸的工作行程st =85mm，一般氣管直徑為Φ10mm。根據(jù)能量守恒定律A ×V =A ×V，計(jì)算氣缸的速度V=( A1×V1×μ)/A。其中，μ為氣缸負(fù)載效率，取50%;V 為氣體在管道內(nèi)的流速，取12m/s;A 為氣管的截面積，取78.53 mm ;A為氣缸推力截面積，取31415mm 。將上述參數(shù)代入公式計(jì)算出氣缸速度V=15mm/s。

氣缸運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間t=st/v=85/15=5.7s。本案中氣缸驅(qū)動(dòng)力是一個(gè)推一個(gè)拉，所以速度按運(yùn)動(dòng)較慢的推力計(jì)算，且往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度是一樣的。氣缸運(yùn)行一個(gè)工作行程所需時(shí)間為11.4s，沖壓次數(shù)為5次/min。這個(gè)速度遠(yuǎn)達(dá)不到?jīng)_壓生產(chǎn)的要求。要想提高效率，必須加大進(jìn)氣的流量，在氣體流速一定的情況下，只能是加大進(jìn)氣管的直徑。經(jīng)過車間的調(diào)試和反復(fù)驗(yàn)證，選用內(nèi)徑Φ16mm的氣管，氣缸速度能夠達(dá)到35mm/s，滿足沖壓生產(chǎn)需求。

結(jié)語

在具體的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要善于思考、靈活運(yùn)用和不斷創(chuàng)新，不要拘泥于某種特定的結(jié)構(gòu)形式。

側(cè)翻邊側(cè)整形模是汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一類模具。在三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，用氣缸的驅(qū)動(dòng)代替驅(qū)動(dòng)塊的驅(qū)動(dòng)，解決了制件初始定位問題，使制件定位準(zhǔn)確，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)三級(jí)傳動(dòng)相比，由于剛性驅(qū)動(dòng)只是起安全作用，一般情況下不參與工作，所以避免了驅(qū)動(dòng)塊導(dǎo)板的磨損，解決了驅(qū)動(dòng)塊導(dǎo)板需經(jīng)常更換的煩惱。而且，使用氣缸驅(qū)動(dòng)減少了剛性驅(qū)動(dòng)的行程，減少了模具的總行程，降低了模具裝模高度。