一種針對局部壓料板強度不足的優化設計

文／王建華，繳平，王世鋒，王偉·吉利汽車集團有限公司

汽車外覆蓋件翻邊整形為了獲得良好的壓料效果，模具氮氣彈簧需要布置在主筋位置，壓料板行程較大時降低了壓料板主筋高度，削弱了壓料板強度，決定通過采用不同行程的氮氣彈簧設計方案解決壓料板局部強度不足問題。

汽車外覆蓋件模具大量使用氮氣彈簧，為了達到較好的壓料效果，經常遇到需要在主筋部位布置氮氣彈簧，受模具閉合高度、零件造型、壓料板行程較大等因素的制約，這樣做的代價就是嚴重削弱壓料板主筋強度，從而帶來壓料板斷裂風險，需要尋找一個更優化的解決方案。

壓料板強度改進方案

增加壓料板強度主要考慮閉合高度、產品造型、壓料行程等方法，其中閉合高度的增加與其他模具不一致會降低裝模效率，同時增加模具成本，一般不建議更改；零件造型由產品決定，局部進行小的更改對強度的增加沒有幫助，所以這個方案也被排除。

降低壓料板行程可以增加壓料主筋高度，提高壓料板強度，一般氮氣彈簧高度降低的數值是降低行程的2 倍左右，不過可惜的是常規壓料板行程是由工藝最大的翻整行程決定的，所以是不能隨意降低的。

當壓料板強度有嚴重問題，且附近的翻邊整形行程較小時，局部區域需要的有效壓料行程比壓料板行程小，小的壓料行程可以滿足使用要求，可以利用這個特點在此區域使用小行程的氮氣彈簧，這樣既可滿足壓料需求，又可以明顯提高壓料板強度。

壓料板采用不同行程氮氣彈簧問題

在同一套模具里使用不同行程的氮氣彈簧，存在嚴重的誤裝配安全隱患：如果操作不當，將大行程氮氣彈簧裝到小行程氮氣彈簧位置時，壓料板合模時存在壓爆氮氣彈簧的風險，由于氮氣彈簧屬于高壓構件，超行程壓縮會引起爆裂風險，給車間安全生產帶來隱患。

避免安全隱患的氮氣彈簧優化設計方案

直徑防錯的方案

使用力量大小不一樣的氮氣彈簧，在小行程處安裝小直徑彈簧的，大直徑彈簧在此處無法安裝，實現強制防錯使問題得到解決。但在實際設計中，有些部位需要較大壓料力，該方案將無法提供充足壓料力，因此不推薦使用該方案。

安全標牌警示的方案

該方案的設計最為簡單，由于沒有實現強制約束，標牌警示是不可靠的，無法完全規避安全隱患的發生，所以該方案被禁止使用。

高度強制防錯的方案

高度強制防錯方案對氮氣彈簧缸體高度尺寸進行限制，如圖1 所示，對缸體直徑不進行約束，這樣可以根據需要布置合適力量的氮氣彈簧，大行程氮氣彈簧放到小行程位置時受到結構空間限制無法安裝，達到防錯的目的，因此推薦使用該方案。

圖1 高度限位板示意圖

高度強制防錯方案

前法蘭強制防錯的方案

前法蘭的安裝方案，在小行程氮氣缸底部使用封閉式設計，當大行程氮氣彈簧放入該位置時，需要的安裝尺寸A 大于安裝孔深度H，造成氮氣缸無法安裝，實現防錯目的。前法蘭安裝深度對比如圖2 所示。

圖2 前法蘭安裝深度對比

底部安裝方法強制防錯方案

底部安裝時設計高度限位板，在高度方向上擋住氮氣彈簧缸體，當大行程氮氣彈簧放入該位置時，氮氣彈簧受到限位板限制不能完全放進安裝位置，造成底板無法安裝，達到防錯目的。安裝限位板后進行焊接，做成永久性結構避免誤拆除。兩種氮氣彈簧組合示意圖如圖3 所示。

圖3 兩種氮氣彈簧組合示意圖

以上兩種安裝方法是最主要的防錯方法，基本可以滿足大部分的使用場景，其他安裝方法可以參考以上方案，在此不再贅述。

應用案例

某側圍壓料板行程為80mm，選用行程100mm的X2400-100 型彈簧，自由長度為245mm，充電口及后保整形區域彈簧行程縮短為50mm，選行程63mm 的4 個X2400-63 型彈簧，自由高度為171m m，安裝高度空間減少74mm，相應壓料板主筋高度增加74mm，總高度由130mm 加高到200mm 左右，強度大幅度提升，滿足強度要求，壓料關系示意圖見圖4。

圖4 某側圍后保處壓料關系示意圖

注意事項

兩種規格的氮氣彈簧不能串聯在一起使用，有串聯要求時小行程的氮氣彈簧不串聯或把小行程氮氣彈簧單獨串聯起來，獨立式安裝則無需考慮。

該方案可以解決翻整區域行程小于壓料行程的壓料板強度問題，并且要求應用在局部區域，但是，如果大面積使用小行程氮氣彈簧會造成壓料偏載問題，導致模具損壞。

總結

通過以上方案的改進，打破了同一套模具使用不同行程氮氣彈簧的約束，實現在不增加模具閉合高度前提下，解決特殊情況壓料板強度不足的問題。