浅析斜楔回程机构设计方案

汽车零件上的部分形状是通过斜楔机构成形出来的，斜楔滑块的回程动力是由气缸提供，气缸的充气推动斜楔进退完成行程。本文主要对实际生产中斜楔处零件经常变形、斜楔回程速度慢等问题进行分析。对整个供气装置进行结构设计，即在原有的基础上加一个储气罐，改变原有的供气线路，保证了气缸的充气速度，保证了斜楔正常的回程速度。

伴随着汽车工业的快速发展，给冲压模具的应用带来广泛应用。冲压技术水平的不断提高，使得汽车的外形结构有着日新月异的变化，斜楔机构在汽车冲压模具中的修边、冲孔、翻边、翻孔等工序中应用无处不在。但是在实际生产中由于本身结构问题，会出现一些影响实际生产效率的因素。正如本课题中斜楔的回程速度过慢，机械手抓料后零件与未回退的斜楔挤压变形，对我们生产设备的损耗较为严重，改善此类影响提升生产质量是必不可缺的。

本文通过对斜楔实际工作情况进行跟踪分析，结合斜楔的类型和内部结构，得出斜楔与零件挤压变形的主要原因。通过对原因的分析做出对斜楔气缸供气的改善，开发出一个新的供气系统，主要的研究内容分为如下几个部分：(1)结合实际的需求将汽车覆盖件中斜楔结构进行分析，将不同的斜楔进行分类别分析，找出相互的差异点，对现有的斜楔结构进行改进。(2)总结斜楔动力部分运行，确定其动力源，了解在实际生产中的动力问题，确定动力方案的可行性。(3)统一斜楔的运动轨迹，对于不符合实际要求的现象，通过外加的辅助装置对其进行纠正，保证其轨迹运动速度。(4)通过现场流水线的各项设备间的干涉分析，避免设备间的干涉问题，保证零件的正常生产。

斜楔回程机构设计方案

需要解决的问题

设计过程中的要求：(1)斜楔的结构和方式要符合实际。(2)确定斜楔的传动方案。(3)设计优化行程轨迹。(4)优化设计确定合理的方法。

所用方法

(1)对设备的要求。

①在机械手抓取零件时，斜楔已回复安全位置，不会导致零件与斜楔之间挤压。

②保证机械手与斜楔运动上基本保持同步，避免出现干涉。

③在运行前后过程中，气缸中的气压要保证充足，以便提升气缸的驱动速度，保证斜楔的运动速度。

④为保证零件的实际生产效率，应对影响实际生产的要素进行限制，需要改进斜楔的回程时间和气缸的气压稳定，在原有的基础上加一个储气罐，保证气压稳定和回程速度(图1)。

图1 斜楔动力部分示意图

⑤设计时要考虑维修方便，结构简单，优化设计成本。

(2)对于斜楔的回程机构设计，要遵循的设计原则。

①首先满足工艺要求,要能在模具中进灵活操作。

②充分利用现有的新技术，采用新原理、新结构、新工艺，设计合理、使用可靠、便于后期的维护和更换。

③尽量采用通用化标准化的器具设备。

④设备结构简单、成本低、操作简单、容易维护、质量轻，稳定性强。

总体方案确定

综合考虑成本、难易、可靠等多个维度(图2)，最终采纳由“解决气压方案”所组成的综合方案，在支路中增加储气罐，在气缸上增设快速排气阀，储气罐在此处起到储气保压的作用，保证气缸的动力，确保斜楔的行程速度。

图2 方案选择

(1)工作原理。

本次设计的斜楔回程机构，是在空气压机气源和气缸之间的气路上，设置一个储气装置，在上述装置间依序设置单向进气阀、储气罐、延迟阀和阀。通过该方案，解决了气缸气压不稳定、驱动缓慢、不同步等问题，具体方案如图3 所示。

图3 动力驱动部分

(2)设计方案。

如图4 所示，斜楔回程机构主要由以下五部分组成：管路、五通阀、储气罐、进出气口、气缸。工作原理：①当开始进气行程时，空压机气源输出的压缩空气，通过单向进气阀充入储气罐，因储气罐前期就预存了一定体积的压缩空气，储气罐中的压缩空气立即通过延迟阀、 阀对气缸进行充气，从而推动冲压模具上的驱动机构运转；②当驱动运动完成后，根据预先设置的延迟时间，通过延迟阀切断储气罐中压缩空气的输出；③当气缸排气时，在进气行程进入气缸的空气，通过 阀排出；④当气缸充气时，在排气行程中充满气缸的空气也将通过 阀排出。通过上述工艺保证了气缸供给的稳定性，保证了斜楔的冲程速度。

图4 储气装置示意图

斜楔分析与应用

课题研究方法

本次课题采用因果分析方法，从问题的本质出发，找到问题的根本因素，通过改变影响因素从而解决故障，保证正常的生产。

如图5 所示，通过分析，确定本系统中导致问题产生的原因为：斜楔动作与机械手不匹配；造成此问题可能是由于：(1)气缸动作过慢，气源供给不足；(2)斜楔回程轨迹运行时间过长；(3)摩擦阻力过大；(4)机械手速度过快。

图5 因果分析图

为了保证零部件不变形，要求斜楔动作加快；与此同时，为了保证生产节拍，也要求斜楔动作加快，所以对上述设备加载一个动力设备，让动力源充足，保证斜楔的回程速度。

斜楔的组成

由于汽车覆盖件的外形尺寸复杂，就需要有不同的斜楔机构来满足成形过程，也就伴随出结构复杂、运动复杂的斜楔机构。因此，楔块机构在实际生产中的设计和使用是主要难点之一。

如图6 所示，汽车覆盖件修边模的上模在冲压机的带动下向下行驶，使其驱动块下行，驱动块带动滑块与导轨接触，并推动滑块在导轨上沿一定角度滑行，汽车覆盖件模具上的斜楔机构的驱动块安装在修边模具的上模上，其导向机构和斜楔块则安装在修边模的下模。如果没完成形状成形工作，模具闭合后开启，驱动块随模具上模上行，滑块在驱动块上扒钩和复位弹簧作用下复位。倾斜式斜楔机构中的驱动块与斜楔滑块所设计的运动行程范围，没有在模具开模和闭合的行程范围内，就会造成在与斜楔滑块的运动过程中产生干涉现象，所以在实际的运用中需要根据现场的情况，对整体的设备做调整，以保证正常的运行。

图6 倾斜式斜楔

实际应用

在汽车零件实际生产中，气缸斜楔机构承载力大、运行稳定等具有重要作用。该斜楔机构可用于汽车冲压模具的冲压、翻边及任意角度排样的局部成形。并且还适合于侧围翻边线较长、翻边力较大的模具，同时也会保证零件正常，避免出现拉毛等缺陷。

结束语

随着冲压生产的需求变大，斜楔机构得到了充分的应用，在选用楔块机构的过程中需要严格遵守实际成形条件。对于一些复杂的模具来说，仅仅使用单个斜楔机构是远远不够的。在大多数的模具结构中运用着结构复杂和一些复合的斜楔机构，斜楔机构的运用已成为模具设计的重要部分，所以改变斜楔结构是高效率的模具工业发展的至关重要的一步，面对其设计和制作的难度较高，如何快速简洁的制作和使用斜楔机构、提高生产效率，降低制造成本，这将成为制造业极力追求的方向和目标。

作者简介

翁长富 ，高级技师，主要从事模具维修、保养工作，曾参与吉利自由舰、帝豪车型模具的安装调试，并主持完成了吉利帝豪车型AD、AC 改款和缤瑞车型模具的开发、验收、安装调试等工作。曾获得吉利首届十大工匠、宁波市工匠、宁波市好师傅、宁波市高级人才等称号，同时拥有吉利颁发的技能大赛工作室及杭州湾创新工作室，近两年拥有专利4 项，发表论文一篇。

——来源：《锻造与冲压》2020年第24期