隐藏斜楔在多工序复合模中的应用

刘向团，程阿苗，张玲玲，王 涛，詹 卓，袁 奎，王 星

（陕西黄河工模具有限公司，陕西西安 710043）

1 引言

随着汽车工业的不断发展，汽车的外观造型越来越优美，对车身钣金制件的造型和成形精度的要求越来越高，轻量化、耐腐、防撞、高安全性等要求已成趋势。在汽车模具设计中，经常会遇到各式各样形状复杂的钣金制件，其工艺方案制定及模具设计难度都非常大。很多制件形状复杂，孔特别多，空间又狭小，在成形时无法采用常规结构成形，只能根据空间设计非标斜楔。

本文介绍了一种隐藏斜楔结构，可实现在狭小，受限制区域内制件由内向外冲孔，对有类似结构特点的冲压件的成形方法可提供参考。

2 制件工艺方案分析

图1所示为某汽车左右后门外腰线加强板，单件外形尺寸为958×286×68mm，料厚为0.65mm，材料为DC03。

图1 制件结构

该制件单边形状复杂，且两端大小严重不均，无任何对称性。若单件设计模具，模具单边受力，将影响模具整体强度。经过不同方案的CAE 工艺模拟分析对比，左右共模成形效果更好，故初步方案定为：拉伸→修边冲孔→修边冲孔分离→翻边整形。

该制件孔多且密集：10处小孔，7处大孔，多处孔位间距及其距离外形边线较近，且存在多个冲裁角度，为了保证模具的使用功能及强度，须将各孔尽量分工序冲裁（见图2）。翻边翻孔有两处向上翻，两处向下翻（见图1）。为简化模具，在定成形工艺方案时，采取将同一翻边方向的放在同一序，冲孔和翻边冲压方向接近的安排在同一序。

图2 制件角度分析

最终该制件工艺方案确定为：拉伸→修边冲孔→修边冲孔分离翻边→翻边翻孔整形冲孔，如图3所示。

该制件两端头处的主副定位孔距离边线仅17.6mm，而且与制件整体角度差较大，故无法在修边时冲孔，必须在后序进行侧冲孔，图3所示将主副定位孔放在第4工序冲裁，与剩下的翻边翻孔同序。翻边的同时冲正面的小圆孔和方孔，翻边的冲压方向和这些小孔的法向接近，可以同时正冲实现。

为保证主副定位孔方便冲裁，同时也考虑到在本序之前，左右制件已经分离，为方便取件，该工序制件左右摆放。为兼顾冲孔和翻边，制件在上一序的基础上，上下翻转180°。若直接按前工序翻转180°摆放制件，则左右两个斜楔相对，需要的空间很大，所以采取图3所示OP40的制件摆放方式，将两个侧孔放置在外侧，便于设置斜楔。

图3 工艺方案

3 模具结构分析

该制件需要侧冲的主副定位孔处在制件低凹处，若用标准斜楔，则斜楔驱动块安装面与型面距离较近，型面掏空太多，压料芯整体强度较差，同时两个标准斜楔对称放置，需要占用非常大的空间，模具也需相应加大，增加了很多不必要的成本。

若采用自制反式倒拉钩斜楔，如图4所示，压料芯冲孔处必须全部避让开，压料芯强度差，斜楔结构复杂，装配加工难度都很大，模具尺寸也较大，且该种斜楔冲孔精度较差，不建议采用。

图4 反式倒拉钩斜楔

3.1 隐藏斜楔机构

最终采用图5 所示的自制隐藏斜楔机构，该机构结构简单，体积小，节省了很大的空间，相比设计标准斜楔和反式拉钩斜楔的模具，模具外形单边最少缩小200～400mm，节约了材料1.5～2t，极大的节约了成本，同时它安装在压料芯上，压料芯不用大面积开避让，也保证了压料芯强度；斜楔自身为圆环形导向，类似导柱和导套，冲孔精度更高。

图5 隐藏斜楔机构

隐藏斜楔机构如图5 所示，滑块座1 安装在上模架上，强制复位板2安装在滑块座上，一端连接在滑块连接板4 上，滑块连接板与圆形滑块5 用螺钉销钉紧固连接成一整体，回程氮气弹簧6安装在压料芯上，在模具开模时推动滑块连接板4 带动圆形滑块5 运动；导向驱动块7安装在压料芯上，完成冲孔动作的标准凸模和固定座安装在圆形滑块5上。

3.2 模具结构设计

模具结构如图6 所示，模具整体采用导板+导柱导向结构，利用隐藏斜楔机构实现从制件内部向外进行冲孔；隐藏斜楔核心部件安装在上模与压料芯之间，对压料芯和上模的导向精度要求比较高，压料芯上安装了4个导柱，同时压料芯四周还有导板导向，来保证导向精度；压料芯和下模之间安装了锥形平衡块，保证压料芯和下模之间的导向精度，压料芯隐藏斜楔冲孔部分单独镶了镶块，便于加工。

图6 模具结构

3.3 模具工作过程

模具闭合时，将前工序完成的制件放置在凸模16上，机床滑块带动上模持续向下运动，压料芯12接触制件开始压料，上模继续下行，压料氮气弹簧25开始压缩，上模再向下运动，斜楔滑块座1上导板3开始接触滑块连接板4，滑块连接板4将受到的力量传递给圆形滑块5，由于圆形滑块5处于圆形导向驱动块7之中，并受到限位块8（见图5）限制，只能沿圆形导向驱动块7轴向运动，迫使复位氮气弹簧6受压缩短；当圆形滑块5沿圆形导向驱动块7轴向运动时带动安装在他上的侧冲孔凸模沿凸模轴向运动，同时上模模腔内其他正冲孔凸模和翻孔凸模随着机床向下运动；随着上模继续下行，侧冲孔凸模进入凹模，当复位氮气弹簧6压缩到设定的行程后，同时上模也接触限位块14，上模停止运动，冲孔翻边动作完成；运动行程如图7所示，冲裁的废料通过凹模下的漏料孔落入废料盒排出模具。

图7 运动行程图

模具开模时，机床滑块带动上模向上运动，压料氮气弹簧25开始卸载所承受压力，逐渐恢复初始状态，滑块座1随着上模向上运动，复位氮气弹簧6开始释放压力逐渐恢复，在强制复位板2（见图5）和复位氮气弹簧6的共同作用下，圆形滑块5沿圆形导向驱动块7轴向运动，随着运动的进行，当圆形滑块5上台阶限位面接触到限位块8时，无法再沿圆形导向驱动块7轴向运动，此时复位氮气弹簧释放完毕，侧冲凸模也脱离凹模，圆形滑块5与滑块座1脱离，滑块座1继续随着上模向上运动，同时压料芯、正冲凸模、翻孔凸模一起随着上模向上运动，上模运动到设定的高度后停止运动。

该副隐藏斜楔机构的巧妙设计，使得该模具比按常规结构设计，模具单边缩小200～400mm，节约了材料1.5～3t，节约材料费及加工费约3～6 万元。在模具行业发展突飞猛进的今天，模具企业已遍布全国各地，如果采用此机构，能为企业节约费用约5万元，全国几十万家模具企业，则节约成本上千万，经济效益显著。

该模具在交付后使用良好，运行稳定，取放件方便，各制件孔位、边线、面间隙均达客户要求，制件合格率90%以上，隐藏斜楔冲出孔位准确，为客户节约了成本，得到客户一致好评。

4 结束语

本文介绍的新型隐藏斜楔机构减少了模具开发成本及制造成本，此结构原理简单，冲孔精度高，冲压出制件孔位准确，送取件方便，对有类似结构特点的制件成形设计有借鉴作用。