汽车模具定位机构的研究与应用

1 引言

随着我国汽车工业的发展,汽车外形和功能日新月异,汽车零件也变得复杂多样。而模具被誉为“工业之母”,其冲压方式由传统手工线向生产效率高的自动化生产转型也是必然趋势,因此汽车模具的设计要求也在不断提高。

在模具冲压过程中,为确保板料能顺利进行投料、冲制和取件,设计汽车模具时就要结合生产工序、制件形状、自动化生产要求来选取最合适的定位方式。以往的常规定位方式(如挡钉、挡板、定位销等)已经不能满足自动化生产和型面复杂的制件模具的限位需求,因此众多新型的定位机构孕育而生。以下介绍几种汽车模具中特殊的定位机构:伸缩型定位具、浮料块型面定位、可调节型定位销。

2 伸缩型定位具

以往在修边模或翻边模结构设计中,通常下模四周设有定位具用以粗定位,再配合型面定位,确保工序件切边后达到精度要求。但会遇到某些特殊情况,例如:某零件出于工艺需求,所用于定位的材料面很有限,需要对工序件保证修边或翻边工艺的同时,还要保证上模刀块强度,如果定位固定不动,刀块将无法让位避让。而如果缺少了定位具的约束,调试出来的制件精度发生较大波动,无法满足正常的生产要求。

为克服现有问题,特增加一种定位装置-伸缩型定位具(见图1)。伸缩型定位具由定位具、滑块、双作用气缸组成,它安装在切边模下模的两侧代替原来的传统定位具,生产时需接通气管使用。

图1 伸缩型定位具

工作过程:如图2所示,在投料过程前,伸缩型定位具的气缸推动滑块带动定位具至工作状态,使工序件顺利滑落下模完成定位,当机械压机下行到45。时,气缸内的一腔空气转换到另外一腔,促使定位具收缩变成非工作状态,压机继续下行完成切边工序,然后再上升运行到360。,气缸内的空气又回到初始的空间,定位具复位等待投料,以此循环。改善后,彻底消除制件切边精度不良问题。

图2 伸缩型定位具工作示意图

3 浮料块型面定位

近年来,为适应不断增长的汽车产量,各种冲压自动化生产线孕育而生,多工位自动化生产线是其中之一。多工位压力机是先进的压力机设备,是多种功能设备的集成,一般由线头单元、送料机构、压力机和线尾部分组成,最快节拍可达到25次/min以上,可满足高速自动化生产,显著提升生产效率、节约生产成本、节省人员、便于管理。

多工位级进模是当代先进模具技术的典型代表,利用多工位级进模可以在一副模具中完成拉伸、成形、冲裁、弯曲等多种冲压工序,如图3所示,其工序集成度之多、功能之广是其它模具无法与之相比的。模具在多工位设备上生产,各工序间的零件需依靠机械臂夹手统一运送。在冷冲压拉伸模中,一般定位具只对板件进行定位,板件成形完后,由于板件成形走料收缩,原板件的定位具无法对成形后的板件定位。在高速冲压过程中,上模上升并与压边圈分开,由于压边圈带动板件上升的惯性或因床台振动都很容易导致板件发生偏位,造成夹手无法准确对准原设定位置,最终导致夹手取件异常而停线。

工作过程:为克服现有问题,特在压边圈上增加了一种定位装置-浮料块型面定位(见图4)。该装置主要定位功能在于凸起状的型面,废料区设有凹坑型面与之匹配,起到约束制件的功能,根据制件的规格一般在压边圈上设有2～4个该装置(见图5)。

图3 多工位自动化生产线

图4 浮料块型面定位图

图5 浮料块型面定位实物图

在拉伸模冲压过程中,上模下行与下模合模,完成拉伸成形,随后上模上升并与压边圈分离,浮料块定位机构继续随上模上升一段距离后分离,直至浮料块定位机构内的弹性组件恢复自由状态,带动浮料块抬升使工序件沿导向方向移动,零件始终与浮料块上的型面贴合起到准确定位作用,保证夹手取件稳定。

4 可调节定位销

浮料块型面定位是一种较为通用的拉伸模定位方式,但使用该定位方式需适当增大拉伸补充面,材料利用率会有所降低,不利于整车开发材料的成本。因此针对一些压边圈上可做出避让端拾器夹手的拉伸模,同样为克服板件拉伸成形后易发生偏位的问题,可采取另外一种新型定位方式-可调节定位销,如图6、图7所示。

工作过程:可调节定位销由定位件、安装件及弹性元件组成。首先我们通过AotoForm仿真软件计算出板件拉伸成形后的位置,然后根据仿真结果在拉压边圈上安装可调节定位销,根据制件的大小一般在压边圈上设有3～5个定位销。在模具调试时,如拉伸成形后板件实际位置与仿真结果有轻微偏差时,还可以通过调节孔来进行微调整。

当模具量产时,材料投料先由四周定位具对板件进行定位,板件位于定位件的上面,当上模接触压边圈时,定位件被完全压缩到安装孔内,待板件完全拉伸成形后,其板件的边料会收缩,待上模完成拉伸后上升与压边圈分离时,此时定位件失去阻挡,在弹性元件的作用下,定位件恢复初始状态,伸出的定位段卡住成形后的板件边缘,使板件不能随意窜动,从而达到既能稳定板件又能最大化材料利用率的目的,如图8所示。

图6 可调节定位销(装配图)

图7 可调节定位销(剖视图)

图8 可调节定位销工作示意图

5 结束语

以上是本文介绍的3种特殊的模具定位方式,在设计制件生产工艺时,可根据不同制件特点、模具工装的特性、生产设备条件等合理选择,组合运用,并且其结构简单,制造成本低,可以普遍适应自动化生产的需要。定位零件还可以衍生出很多种形式,可根据制件形状、自动化需求、模具复杂程度等因素,选择合适的定位方式才能满足高质量、高效率的冲压生产工艺要求。