氣缸驅動在三級傳動機構中的應用

近年來，國內汽車工業(yè)發(fā)展迅速，帶動了汽車模具業(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、新結構和新材料。三級傳動機構是解決汽車覆蓋件產品沖壓負角翻邊或整形問題時常用的一種模具結構，它是通過逐級傳動，最終實現將負角處的活動凸模退出制件負角區(qū)域，使制件能豎直向上取出模具。本文以頂蓋側整形模為例，詳細介紹了氣缸在三級傳動機構中應用的工作原理及結構特點，以及在模具設計中的注意事項和后期模具調試階段的驗證效果。

制件工藝分析

如圖1所示，制作產品長2390 mm，寬1157 mm。本制件的突出特點是：外形尺寸很大，型面平坦，前后側均有負角。本工序的工作內容為前后兩邊的立壁和凸緣面采用70°斜楔機構側整形。

模具主要結構的確定

根據制件工藝特點分析本序模具，存在以下幾個關鍵問題：

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角，不能直接取件，所以凸模必須是可活動的。

3. 模具加工的工藝性

本制件的外形尺寸大，尤其是長度方向太長，即本序模具的整形線太長，如果使用旋轉凸輪機構，凸輪顯得又細又長，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，確定采用三級傳動機構。但是，這樣仍然存在一個問題，就是制件的定位問題。如圖2所示，傳統(tǒng)的三級傳動機構是在上模下行，工作部件工作前，活動凸模才能到位。而在初始狀態(tài)，制件往模具內放的時候，活動凸模是處于退回狀態(tài)，不能實現前后兩側外輪廓定位的方式。

經過反復思考，決定在三級傳動的基礎上增加氣缸驅動，用氣缸的驅動代替驅動塊的驅動。目的就是在模具初始狀態(tài)，制件放置之前，通過氣缸驅動，讓活動凸模回復到工作狀態(tài)。這樣放置制件時，下模各部件處于一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，可對制件施加各種定位，使得定位準確。下模傳動機構的結構如圖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驅動滑塊2運動，同時滑塊2驅動活動凸模1運動到位，放置制件，上模下行，壓料板壓料，整形開始，到下死點，整形完成;上模上行，同時氣缸3驅動滑塊2回程，活動凸模1在自身重力及回程彈簧力的作用下向下回退，退出制件負角區(qū)，制件取出，開始下一次沖壓過程。需特別說明的是，驅動塊4起安全作用，只在氣缸出現故障的時候才起作用。

設計注意事項

1. 活動凸模的回退方向與側整形的方向沒有直接關系，只根據制件整形后的形狀選擇合適的退出角度即可。

2. 不能在同一側使用兩個氣缸同時推拉，兩個氣缸要分別設置在前后兩側，一個推一個拉，這樣可以避免滑塊運動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. 剛性驅動只起安全作用。驅動塊4的行程跟傳統(tǒng)的三級傳動機構相比可以減少。通常情況下，如圖5所示，驅動塊1進入直線段的行程st應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減小。

模具調試驗證效果

模具裝配完成后，調試時發(fā)現一個問題，氣缸驅動滑塊的速度比較慢，影響沖壓效率。經過研究發(fā)現其原因是氣缸與氣源連接的氣管太細。理論驗證如下：本模具選用的氣缸型號為Φ200x110，氣缸的工作行程st =85mm，一般氣管直徑為Φ10mm。根據能量守恒定律A ×V =A ×V，計算氣缸的速度V=( A1×V1×μ)/A。其中，μ為氣缸負載效率，取50%;V 為氣體在管道內的流速，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 。將上述參數代入公式計算出氣缸速度V=15mm/s。

氣缸運動所需時間t=st/v=85/15=5.7s。本案中氣缸驅動力是一個推一個拉，所以速度按運動較慢的推力計算，且往復運動的速度是一樣的。氣缸運行一個工作行程所需時間為11.4s，沖壓次數為5次/min。這個速度遠達不到沖壓生產的要求。要想提高效率，必須加大進氣的流量，在氣體流速一定的情況下，只能是加大進氣管的直徑。經過車間的調試和反復驗證，選用內徑Φ16mm的氣管，氣缸速度能夠達到35mm/s，滿足沖壓生產需求。

結語

在具體的模具結構設計中，要善于思考、靈活運用和不斷創(chuàng)新，不要拘泥于某種特定的結構形式。

側翻邊側整形模是汽車覆蓋件模具設計中結構最為復雜的一類模具。在三級傳動機構中，用氣缸的驅動代替驅動塊的驅動，解決了制件初始定位問題，使制件定位準確，提高了產品質量。與傳統(tǒng)三級傳動相比，由于剛性驅動只是起安全作用，一般情況下不參與工作，所以避免了驅動塊導板的磨損，解決了驅動塊導板需經常更換的煩惱。而且，使用氣缸驅動減少了剛性驅動的行程，減少了模具的總行程，降低了模具裝模高度。