車身沖門鎖錐形孔的應(yīng)用研究

張佳勇　王建軍　阮宜進

摘 要：為提升汽車的感官質(zhì)量，將門鎖安裝由平頭螺栓配合圓孔的安裝方式更改為錐形孔配合錐形螺栓的安裝方式，消除門內(nèi)板上的螺栓突兀。通過研究車身沖門鎖安裝孔的工藝流程和設(shè)備組成，設(shè)計導(dǎo)向銷精確定位門內(nèi)板，保障錐形孔的位置度。同時根據(jù)門內(nèi)板的數(shù)模、料厚和材料，選型和設(shè)計驅(qū)動機構(gòu)的沖壓力、空行程、力行程和鉗體等，完成一種沖孔機構(gòu)的設(shè)計，在車身車間實現(xiàn)快速、精確成型門內(nèi)板上的門鎖錐形孔。關(guān)鍵詞：門內(nèi)板;門鎖;錐形孔;沖孔中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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

隨著我國汽車市場的不斷發(fā)展成熟，消費者對汽車的感官質(zhì)量要求逐漸提升。因此汽車廠家將以往的門內(nèi)板開孔配合總裝螺栓安裝四門門鎖方式，更改為門內(nèi)板錐形孔配合錐形螺栓的安裝方式。安裝后的錐形螺栓與四門內(nèi)板平齊，消除了門內(nèi)板上的螺栓突兀，提升了產(chǎn)品的視覺感官質(zhì)量。在沖壓車間為避免相鄰的門內(nèi)板上的錐形孔劃傷門內(nèi)板，需要在車身車間成型門內(nèi)板上的錐形孔。因此需要設(shè)計一種沖孔機構(gòu)，在車身車間快速、精確成型門內(nèi)板上的錐形孔，同時此設(shè)計能提升沖壓車間的門內(nèi)板包裝率，減少沖壓車間的料架投入、物流存儲空間和物流運輸成本。

1 工藝流程及設(shè)備組成

門內(nèi)板上的三個錐形孔用于鎖的安裝和定位，在車門關(guān)閉后，鎖與側(cè)圍上的鎖扣配合，控制車門與側(cè)圍等零件的配合間隙和平整度。因此需要嚴格控制錐形孔相對于門內(nèi)板的位置度，以及三個錐形孔之間的相對位置度，才能保障車門與側(cè)圍等零件的配合質(zhì)量，以及鎖的安裝質(zhì)量。圖1為車門、鎖和側(cè)圍配合示意圖。

因此，車身沖門鎖安裝孔的工藝流程為：

（1）沖壓車間在門內(nèi)板上預(yù)開三個圓孔;

（2）車身車間的機器人抓取門內(nèi)板到?jīng)_孔設(shè)備，通過沖孔設(shè)備上的定位銷導(dǎo)向和定位門內(nèi)板，保障成型之后的錐形孔相對于門內(nèi)板的位置度;

（3）沖孔設(shè)備執(zhí)行沖孔操作，一次成型門內(nèi)板上的三個錐形孔，保障三個錐形孔之間的相對位置度^[1];

（4）完成沖孔后，機器人將門內(nèi)板放入下一個工序的工裝，圖2為錐形孔成型示意圖。

錐形孔成型設(shè)備由鉗體、上下模組件、直線導(dǎo)軌、驅(qū)動機構(gòu)、底座及支架、控制柜等組成。圖3為錐形孔成型設(shè)備示意圖，各部件系統(tǒng)的功能如下：

（1）鉗體：上模組件安裝在鉗體上，鉗體需要有足夠的剛度，確保成型過程中鉗體的變形量小于設(shè)計要求;

（2）上下模組件：將預(yù)開的圓孔成型為錐形孔;

（3）直線導(dǎo)軌：保障下模組件在運動方向的精度達到設(shè)計要求;

（4）驅(qū)動機構(gòu)：提供成型錐形孔的動力，驅(qū)動機構(gòu)可選擇伺服壓機^[2]或氣液增壓缸^[3];

（5）底座及支架：用于錐形孔設(shè)備安裝;

（6）控制柜：通過鉗體上的力和位移傳感器，實現(xiàn)錐形孔成型過程中的參數(shù)控制和質(zhì)量監(jiān)控。

2 錐形孔成型設(shè)備設(shè)計

在成型錐形孔過程中，需要設(shè)計上模組件的導(dǎo)向定位銷，保障能精確定位門內(nèi)板，同時在上料過程中，需要防止導(dǎo)向定位銷與內(nèi)板干涉。驅(qū)動機構(gòu)需要有足夠的推力，使零件產(chǎn)生塑性變形。

2.1 導(dǎo)向銷設(shè)計

在成型錐形孔過程中，需要設(shè)計上模組件的導(dǎo)向定位銷，實現(xiàn)精確定位門內(nèi)板，同時需要防止導(dǎo)向定位銷與內(nèi)板干涉的問題。因此導(dǎo)向銷的設(shè)計與預(yù)開孔直徑和零件的定位精度相關(guān)。

由于錐形孔成型過程為機器人帶抓手，抓取門內(nèi)板到固定設(shè)備上完成錐形孔成型，因此沖孔設(shè)備相對門內(nèi)板的誤差包含：預(yù)開孔相對于門內(nèi)板主定位孔的誤差a、抓手定位門內(nèi)板的誤差b、機器人重復(fù)性誤差c，其計算公式為：

其中η為系統(tǒng)誤差，預(yù)開孔位置度為±0.05mm，抓手定位誤差為±0.1mm，機器人重復(fù)性誤差為±0.2mm。

計算出的系統(tǒng)誤差η>0.1mm（工裝定位精度要求為±0.1mm），因此，需要設(shè)計導(dǎo)向定位銷，實現(xiàn)沖孔設(shè)備對門內(nèi)板的精確定位。預(yù)開孔半徑為R，為減少導(dǎo)向干涉引起的設(shè)備故障，導(dǎo)向半徑R₁=R-1，定位半徑R₂=R-0.1，導(dǎo)向長度l≥1.5mm。圖4為導(dǎo)向銷示意圖。

2.2 驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計

沖錐形孔的沖壓力計算公式為：

其中：k為系數(shù)，一般取值為1.5，R_max為成型錐形孔后半徑最大的圓，單位mm;t為門內(nèi)板材料厚度，單位mm;δ為材料抗剪強度，單位MPa。

提供驅(qū)動力的設(shè)備，其額定沖壓力需要大于沖錐形孔的沖壓力P。

驅(qū)動機構(gòu)的行程包含空行程和力行程，其中空行程為下模組件快速運動到門內(nèi)板的行程，驅(qū)動機構(gòu)需要有足夠的空行程，以滿足門內(nèi)板放入上模組件所需的空間，同時運行空行程的時間需要滿足工位節(jié)拍需求。從執(zhí)行沖孔到?jīng)_孔完成的行程為驅(qū)動機構(gòu)的力行程，力行程需要大于錐形面的高度^[4]。

2.3 鉗體設(shè)計

鉗體設(shè)計需要有足夠的剛度，避免在成型錐形孔過程中發(fā)生變形，影響錐形孔質(zhì)量。同時在打開狀態(tài)下，需要保障在門內(nèi)板上料到?jīng)_孔機構(gòu)過程中，門內(nèi)板和鉗體有至少5mm的安全距離，避免門內(nèi)板與鉗體干涉。

3 結(jié)論

影響沖門鎖安裝孔設(shè)備共用的因素包含：錐形孔的孔徑、錐形孔的高度和錐度、三個錐形孔之間的間距、門內(nèi)板的料厚和材料。因此，需要標準化設(shè)計門內(nèi)板和門鎖，以減少車身設(shè)備投資和車身沖門鎖安裝孔工藝推廣，并減少鎖的產(chǎn)品設(shè)計、設(shè)備投入和制造成本。在沖壓預(yù)開孔的情況下，通過設(shè)計導(dǎo)向定位銷實現(xiàn)精確成型錐形孔，設(shè)計上下模組，選型

符合設(shè)計要求的驅(qū)動機構(gòu)，可實現(xiàn)快速、精確成型門內(nèi)板上的錐形孔。車身沖門鎖錐形孔能提升門內(nèi)板包裝率，減少料架投入、物流存儲空間和運輸成本，并提升整車的外觀感官質(zhì)量，提升產(chǎn)品競爭力，符合汽車制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展趨勢。

參考文獻

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