车身冲门锁锥形孔的应用研究

张佳勇　王建军　阮宜进

摘 要：為提升汽车的感官质量，将门锁安装由平头螺栓配合圆孔的安装方式更改为锥形孔配合锥形螺栓的安装方式，消除门内板上的螺栓突兀。通过研究车身冲门锁安装孔的工艺流程和设备组成，设计导向销精确定位门内板，保障锥形孔的位置度。同时根据门内板的数模、料厚和材料，选型和设计驱动机构的冲压力、空行程、力行程和钳体等，完成一种冲孔机构的设计，在车身车间实现快速、精确成型门内板上的门锁锥形孔。关键词：门内板;门锁;锥形孔;冲孔中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）02-129-03

Abstract： In order to improve the sensory quality of vehicle， the installation mode of door lock is changed from flat head bolts with round hole to conical hole with conical bolts to eliminate the bolt bulges on the door inner panel. The guide pin is designed through researching the technological process and equipment composition in bodyshop to precisely locate door inner panel which ensuring the position degree of the conical holes. At the same time the punching force， empty stroke， force stroke and gun of the driving mechanism are performed according to the product math data， material thickness and material of the door inner panel which leading to complete the design of the punching mechanism. Therefore the conical hole of the door lock could be performed quickly and accurately on the door inner panel in bodyshop.Keywords： Door inner panel; Door lock; Conical hole; PunchingCLC NO.： U466  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）02-129-03

前言

随着我国汽车市场的不断发展成熟，消费者对汽车的感官质量要求逐渐提升。因此汽车厂家将以往的门内板开孔配合总装螺栓安装四门门锁方式，更改为门内板锥形孔配合锥形螺栓的安装方式。安装后的锥形螺栓与四门内板平齐，消除了门内板上的螺栓突兀，提升了产品的视觉感官质量。在冲压车间为避免相邻的门内板上的锥形孔划伤门内板，需要在车身车间成型门内板上的锥形孔。因此需要设计一种冲孔机构，在车身车间快速、精确成型门内板上的锥形孔，同时此设计能提升冲压车间的门内板包装率，减少冲压车间的料架投入、物流存储空间和物流运输成本。

1 工艺流程及设备组成

门内板上的三个锥形孔用于锁的安装和定位，在车门关闭后，锁与侧围上的锁扣配合，控制车门与侧围等零件的配合间隙和平整度。因此需要严格控制锥形孔相对于门内板的位置度，以及三个锥形孔之间的相对位置度，才能保障车门与侧围等零件的配合质量，以及锁的安装质量。图1为车门、锁和侧围配合示意图。

因此，车身冲门锁安装孔的工艺流程为：

（1）冲压车间在门内板上预开三个圆孔;

（2）车身车间的机器人抓取门内板到冲孔设备，通过冲孔设备上的定位销导向和定位门内板，保障成型之后的锥形孔相对于门内板的位置度;

（3）冲孔设备执行冲孔操作，一次成型门内板上的三个锥形孔，保障三个锥形孔之间的相对位置度^[1];

（4）完成冲孔后，机器人将门内板放入下一个工序的工装，图2为锥形孔成型示意图。

锥形孔成型设备由钳体、上下模组件、直线导轨、驱动机构、底座及支架、控制柜等组成。图3为锥形孔成型设备示意图，各部件系统的功能如下：

（1）钳体：上模组件安装在钳体上，钳体需要有足够的刚度，确保成型过程中钳体的变形量小于设计要求;

（2）上下模组件：将预开的圆孔成型为锥形孔;

（3）直线导轨：保障下模组件在运动方向的精度达到设计要求;

（4）驱动机构：提供成型锥形孔的动力，驱动机构可选择伺服压机^[2]或气液增压缸^[3];

（5）底座及支架：用于锥形孔设备安装;

（6）控制柜：通过钳体上的力和位移传感器，实现锥形孔成型过程中的参数控制和质量监控。

2 锥形孔成型设备设计

在成型锥形孔过程中，需要设计上模组件的导向定位销，保障能精确定位门内板，同时在上料过程中，需要防止导向定位销与内板干涉。驱动机构需要有足够的推力，使零件产生塑性变形。

2.1 导向销设计

在成型錐形孔过程中，需要设计上模组件的导向定位销，实现精确定位门内板，同时需要防止导向定位销与内板干涉的问题。因此导向销的设计与预开孔直径和零件的定位精度相关。

由于锥形孔成型过程为机器人带抓手，抓取门内板到固定设备上完成锥形孔成型，因此冲孔设备相对门内板的误差包含：预开孔相对于门内板主定位孔的误差a、抓手定位门内板的误差b、机器人重复性误差c，其计算公式为：

其中η为系统误差，预开孔位置度为±0.05mm，抓手定位误差为±0.1mm，机器人重复性误差为±0.2mm。

计算出的系统误差η>0.1mm（工装定位精度要求为±0.1mm），因此，需要设计导向定位销，实现冲孔设备对门内板的精确定位。预开孔半径为R，为减少导向干涉引起的设备故障，导向半径R₁=R-1，定位半径R₂=R-0.1，导向长度l≥1.5mm。图4为导向销示意图。

2.2 驱动机构设计

冲锥形孔的冲压力计算公式为：

其中：k为系数，一般取值为1.5，R_max为成型锥形孔后半径最大的圆，单位mm;t为门内板材料厚度，单位mm;δ为材料抗剪强度，单位MPa。

提供驱动力的设备，其额定冲压力需要大于冲锥形孔的冲压力P。

驱动机构的行程包含空行程和力行程，其中空行程为下模组件快速运动到门内板的行程，驱动机构需要有足够的空行程，以满足门内板放入上模组件所需的空间，同时运行空行程的时间需要满足工位节拍需求。从执行冲孔到冲孔完成的行程为驱动机构的力行程，力行程需要大于锥形面的高度^[4]。

2.3 钳体设计

钳体设计需要有足够的刚度，避免在成型锥形孔过程中发生变形，影响锥形孔质量。同时在打开状态下，需要保障在门内板上料到冲孔机构过程中，门内板和钳体有至少5mm的安全距离，避免门内板与钳体干涉。

3 结论

影响冲门锁安装孔设备共用的因素包含：锥形孔的孔径、锥形孔的高度和锥度、三个锥形孔之间的间距、门内板的料厚和材料。因此，需要标准化设计门内板和门锁，以减少车身设备投资和车身冲门锁安装孔工艺推广，并减少锁的产品设计、设备投入和制造成本。在冲压预开孔的情况下，通过设计导向定位销实现精确成型锥形孔，设计上下模组，选型

符合设计要求的驱动机构，可实现快速、精确成型门内板上的锥形孔。车身冲门锁锥形孔能提升门内板包装率，减少料架投入、物流存储空间和运输成本，并提升整车的外观感官质量，提升产品竞争力，符合汽车制造业可持续发展趋势。

参考文献

[1] 文丰喜.车门锁扣孔的成形设计[J].装备制造技术，2014（2）：176-177.

[2] 韦佳.浅析伺服压机对冲压工艺性的影响[J].模具制造，2012（5）：26 -27.

[3] 李雪梅，丁峰.节能式气液增压缸的设计与应用[J].液压与气动， 2006（9）：40-41.

[4] 王岩.气动冲孔机的设计[J].汽车工艺与材料， 2005（3）：8-9.