某型轎車座椅扭力管冷擠壓模具設計

陳學健

0 引言

作為汽車內飾的重要組成部分，座椅一直是舒適駕乘的關鍵環節，受到很大的重視。在汽車座椅的制造過程中，需要用到帶有凸包的圓管，在現有技術中，這種圓管一般通過專門的加工機床制作而成，而專門的加工機床價格昂貴，增加了轎車座椅扭力管乃至汽車座椅的制造成本。由于冷擠壓技術具有最有效的節約材料、提高生產效率、提高機械產品性能、適合大批量生產的優點而應用廣泛[1-3]。

某型轎車座椅扭力管冷擠壓模具的研制，由于其管件成型時變形抗力非常高，設備采用何種方式作為執行元件是需要解決的問題；冷擠壓技術中的空心件冷鐓擠壓，目前可供參考的數據不多[4-6]；冷擠壓工藝對設備的整體結構和模具也提出了更高的要求，設備不僅要能承受較大的強度，還需要具備一定的剛度[7-9]；模具設計需要能提高模具壽命，并滿足裝配尺寸及強度要求，這樣的冷擠壓模具技術實施難度大[10-11]。為了解決所面臨的技術問題，急需提供一種轎車座椅扭力管冷擠壓模具的技術方案。

1 零件分析

某型轎車座椅扭力管為一根壁厚為 1.8mm的空心圓管制件，其中扭力管上要求冷擠壓出一個一定形狀尺寸的凸包，凸包左側面為軸向安裝基準面，該基準至扭力管左、右兩端有較嚴格的尺寸公差要求；扭力管的兩端40mm范圍為安裝面，左端為徑向安裝基準，右端對安裝基準具有位置度公差要求，具體尺寸及形位公差要求見圖1。

圖1 某型轎車座椅扭力管零件圖

2 毛坯制備及處理

毛坯制備，是從毛坯的下料開始到制備出符合冷擠壓工藝要求的毛坯為止的過程。制備價廉、質量良好的毛坯對擠壓質量、生產率和生產成本有很大影響。扭力管毛坯采用直徑為25mm的碳鋼鋼管進行剪切下料。根據中性層尺寸不變的原則，可以通過計算扭力管凸包中性層長度（如圖2所示）來估算下料毛坯的尺寸，為保證估算的可靠性所有尺寸均取公差中間值。

圖2 扭力管凸包放大圖

坯料的長度尺寸L計算如下：

r1=2.1-1.8/2=1.2mm

L2=πr2+πr1+2(4.8-1.2)=11.68mm

L=L1+L2+L3=334.7+95.3-4.2+11.68=437.48mm

式中：r1、r2分別為凸包伸張處中性層半徑、凸包壓縮處中性層半徑，r2取凹模擠壓圓角半徑1mm。

L、L1、L2、L3分別為坯料總長度、凸包左側長度、凸包中性層長度以及凸包右側長度。通過計算，L取437.5mm。

為了降低冷擠壓件與冷擠壓模具工作部分的摩擦力，降低冷擠壓的單位擠壓壓力，提高冷擠壓的表面質量，減少模具的磨損，對冷擠壓毛坯進行磷化表面處理和皂化潤滑處理。

3 冷擠壓模具結構設計與工作原理

3.1 模具結構簡圖

冷擠壓模具結構應用斜楔運動機構達到傳力的擠壓成形的原理設計，其結構簡圖如圖 3（a）所示，轎車座椅扭力管結構示意圖包括上模板3和下模板6，第一上凹模11通過氮氣彈簧1與上模板3連接，第一下凹模9與下模板6抵接，待加工的扭力管10被第一上凹模11、第一下凹模9夾持在中間。其傳動系統包括上模板3以及斜楔機構，斜楔機構由驅動塊4和側滑塊5組成，驅動塊4與上模板3固連，驅動塊4的右下角設置斜面，該斜面與梯形的側滑塊5的斜面抵接，側滑塊5的下底面與下模板6抵接，其右側面與芯軸12以及第二上凹模2、第二下凹模7固連，側滑塊5與第一上凹模 11之間抵持有氮氣彈簧 8。圖 3（b），芯軸12設置軸肩14，芯軸12的尺寸根據扭力管10的尺寸設定，使其軸肩14右部恰好可以伸入圓管9的內壁，同時軸肩14與扭力管10的左端面配合抵接。芯軸 11、圓管 9的部分外壁由第二上凹模 2和第二下凹模7夾持在中間。

3.2 模具工作原理

在實際加工過程中，先將芯軸12插入扭力管10，可以防止扭力管10的非擠壓處產生變形，扭力管10在第一上凹模11與第二上凹模2、第二下凹模7與第一下凹模9之間的空隙處加工凸包13，第一上凹模11給予扭力管10一個壓緊力F3，同時芯軸12向左運動，軸肩14給予扭力管10水平向左的力F2，在垂直的壓緊力F1以及水平向左力F2的合力下，前述空隙處形成凸包13。芯軸12表面經過鍍鈦處理，可以防止加工過程中扭力管或芯軸12被拉毛。

擠壓運動開始，上模板3在壓力機滑塊的帶動下向下運動，通過斜楔將垂直向下的力F1轉為水平向右的力F2，并通過芯軸11傳遞給圓管9，上模板2同時通過彈簧4將向下的壓緊力傳遞給扭力管10。氮氣彈簧1及氮氣彈簧8起到復位作用。

3.3 模具結構設計

上模組件結構的設計主要取決于模板結構與上凹模的緊固方法。合理的緊固方法可以確保冷擠壓件的擠壓精度，延長模具的使用壽命，并便于模具的安裝、調整及迅速地更換零件。本設計中的上模組件主要由定位鍵 1、限位柱2、固定柱 3、卸料板4、剝料鉤5、大導套組件6、上模板7、第三上凹模8、上定位板9、第二上凹模10、第一上凹模11、墊腳12、凸包成型組件上模部分A零部件組成，各零部件的具體安裝位置，如圖4所示。

圖4 上模組件的結構示意圖

圖5 下模組件的結構示意圖

如圖6所示，凸包成形組件主要取決于擠壓力與擠壓方向的設計方案，也是冷擠壓模具設計的核心部分。本設計方案采用了4個垂直氮氣彈簧配合卸料板與上凹模壓住坯料，用4個垂直導向導柱維持壓料方向的運動精度；2個水平氮氣彈簧提供擠壓力，用1個水平導向導柱維持擠壓方向的運動精度。

圖6 凸包成形組件結構圖

轎車座椅扭力管裝配圖包括上模組件A、凸包成型組件B、下模組件C，其裝配圖如圖7所示。

圖7 轎車座椅扭力管裝配圖

4 結論

（1）轎車座椅扭力管冷擠壓模具結構設計前期主要任務是制件毛坯的制備、模具結構簡圖的構思與工作原理分析；制件被擠壓表面的軟化與潤滑和擠壓成形凹模的表面強度處理是能否擠壓出合格的制件及延長模具使用壽命的關鍵因素。

（2）論文提供一種轎車座椅扭力管冷擠壓模具，包括上模組件、凸包成型組件、下模組件。本設計方案解決了管件成型時變形抗力、空心管件凸包成形精度、方便卸料以及模具壽命問題。模具具有易實施，易推廣等特點，具有良好的應用前景。

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