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摘要：针对汽车覆盖件冷冲模斜楔导板磨损导致制件面品不合和尺寸不稳定等缺陷，本文对目前通用导板的结构设计进行改进，在原工作面基础上嵌入滚轮并增加相应的润滑方式。利用UG和ADAMS建立虚拟样机模型，仿真研究运动过程的动力学响应，仿真结果表明，改进后导板工作面的摩擦力减小。生产对比试验表明，相同使用工况及周期下，改进导板工作面的磨损量由2.5mm降低至0.2mm。该文可为汽车覆盖件冷冲模的机械设计提供参考。
关键词：冷冲模；斜楔导板；仿真分析；摩擦力；磨损
1 引言
汽车覆盖件是汽车的关键组成部分，对整车的表面感知质量具有重要意义。在汽车覆盖件冲压生产过程中，模具斜楔导板常用于翻边整形机构的驱动，其导滑面的磨损易导致模具翻边整形不到位，影响钣金面品质量和全尺寸合格率。国内外专家学者对汽车覆盖件冲压模具进行了大量的理论和试验研究。付三令[1]提出通过确保模具结构设计的合理性、压力机的精度和变形等方法，提高模具研合率以稳定零件尺寸。吴家福[2]提出了采用等离子渗氮技术对导板进行氮化处理，研究了材料渗氮前后的组织，通过耐磨试验研究了渗氮前后试样的耐磨性。结果表明，离子渗氮技术可极大提高导板的耐磨性。日本专家对模具导板磨损进行了一系列研究，提出了快速换装，模块化生产的理念。利用感压片或膜片并根据其颜色深浅确认导板导向面接触面积，除日常保养、涂抹锂基润滑脂外无需其他维护，磨损量达2mm更换导板生产。这些研究均取得了显著成果，为汽车冲压模具的设计提供依据。但上述研究均从模具的结构设计、制造调试及材料成形工艺等角度出发，未涉及模具斜楔导板运动过程的受力分析及表面磨损研究。为减少导板工作面磨损，目前普遍采用在铜基角度导板工作表面镶嵌固体润滑剂的方法，依靠润滑剂自身在工作中的不断损耗来修复破损的润滑膜实现自润滑，具备较强的抗冲击性，在有油或无油条件下均具备良好润滑效果，可有效防止工作面“胶合”。但随着导板的长期使用，石墨润滑剂损耗，导向面摩擦温升剧增，散热性能下降，在较大冲击载荷作用下，斜楔导板磨损严重，影响制件面品质量。
本文从降低冲压模具斜楔导板导向面的摩擦力、减少导板磨损的角度出发，对目前行业通用导板进行结构改进，在平导板面上嵌入滚轮并增加相应的润滑方式。利用UG与ADAMS软件建立简化虚拟样机模型，并进行动力学仿真分析。通过生产对比试验，验证设计的合理性及可行性，以期为汽车覆盖件冲压模具的设计提供理论依据与技术支持。
2 斜楔导板的工作原理与技术改进
2.1 工作原理
目前行业通用斜楔导板结构由垂直面和斜面组成，并在交接处进行圆角过渡。导板基体为高力黄铜，表面镶嵌用以润滑的石墨。模具工作时，斜楔导板通过螺栓与下模滑车铆接，并在特定装配环境下保留滑车水平方向的自由度。在上模主动插刀的作用下，两导板的斜面逐步接触，随着上模的下行，上模导板逐步驱动下模导板运动，将压机垂直方向的运动转化为水平方向的运动。当上下模导板的垂直面接触时，下模滑车伸出到位，完成制件的翻边或整形。但由于斜楔导板通常为铜材料，耐磨性及散热性能不足。同时，模具导向与斜楔运动出现偏差时导板导滑面承受侧向力，在反复的冲击变交载荷作用下导板工作面出现拉毛或异常磨损，导致翻边整形机构运动不到位，造成钣金表面凹陷等缺陷。
2.2 技术改进
从降低工作时导板间摩擦力的角度出发，对原斜楔导板进行结构改进，将角度导板的斜面设计为滚轮嵌入的形式，使面与面的滑动摩擦转换为钢件面与滚轮轴承的滚动摩擦，降低摩擦系数，减少磨损[3-4]。其主体结构由斜导板、滚轮轴承、滚轴、套筒、锁紧键、垫片及螺钉组成。在斜面上增加三排滚轮轴承，滚轮轴承通過阶梯轴固定在导板上，并通过轴肩、套筒的压入限制轴承的轴向偏移；滚轴用键锁紧，防止其转动和窜动。装配时轴承中心线的连线与导滑面平行，其圆柱面与导滑面相切。凹槽底部与轴承预留0.5mm的滚动间隙，隔板底部呈直角加工以储存润滑油，在减少轴承与基材摩擦的同时实现运动过程的润滑，提高轴承使用寿命。
3 ADAM建模与仿真分析
运动仿真是汽车模具设计中关键环节，直接关系模具设计的优劣。通过对汽车模具运动关系进行总结，采用CAE辅助系统实现对汽车模具冲压运动过程的快速定义，仿真冲压模具运动过程，自动输出动态干涉检查结果及受力分析[5]。本文运用多体系统动力学分析软件ADAMS对其进行运动学和动力学进行仿真分析，探究模具運动过程斜楔导板导向面的摩擦力变化规律及改进前后两者的受力差异。在UG中分别建立改进前后斜楔导板工作过程的简化模型，以上下两滑块表征驱动导板及斜楔导板，以滑块间的接触配合模拟模具实际运行工况，并以Parasolid（*.x-t）格式导入ADAMS软件中。为加快计算机运行速率，获得导板导向面的运动规律曲线，改进导板只布置一排滚轮。在ADAMS中创建接两导板工作时的接触力CONTACT，并以其表征导板工作面的受力大小，忽略润滑的影响，在上滑块上施加一空间固定力模拟模具驱动过程。
设定仿真时间为2s，步数200，除去弹性回复阶段的受力，两导板导向面间的摩擦力变化曲线存在显著差异。由仿真结果可知，在相同工况下，平导板与滚轮导板导向面的摩擦力分别为446N与252N，滚轮导板摩擦力减少约76%，表明滚轮式导板能有效减少导板滑配过程导向面的摩擦力。
4试验对比
为进一步验证改进设计的可行性，根据标准件尺寸PQ CSPQ150-100-70实体加工滚轮导板，并将平导板与滚轮导板分别安装在某车型顶盖OP30与翼子板OP40翻边整形机构上。根据零件的成形需求，两者的成形吨位分别为15.3T及15.1T。观察试验结果可知，在成形吨位及冲次等相同工况条件下，平导板与滚轮导板的磨损量分别为2.5mm与0.4mm，滚轮导板相比平导板磨损量减少2.1mm。试验结果表明，滚轮导板可将滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低导板导向面的摩擦系数，相比平导板具有更强的耐磨性能，有效减少导板导向面的磨损。
5 结论
（1）生产试验结果表明，在相同使用工况下，滚轮导板与平导板相比，导向面磨损量减少约2.1mm。
（2） 通过对原斜楔导板进行局部改进及优化，在导向面上嵌入滚轮及润滑油槽，可降低导板导向面的摩擦力，有效减少导向面的磨损，对模具翻边整形机构的优化具有重要指导意义。
参考文献：
[1]付三令.提升汽车模具研合率的探索[J].冲模技术，2014（8）：29-34.
[2]吴家福.轧钢机耐磨导板的磨损试验研究[J].热加工工艺，2016，45（18）：109-111.
[3]陈华.往复式机械零部件磨损特性及故障机理讨论[J].装备制造技术，2010（3）：27-29.
[4]张建华，杜大昌，陈国需，舒礼斌.机械磨损部件的摩擦润滑自修复[J].合成润滑材料，2002，29（2）：13-16.
[5]许增辉.汽车模具冲压运动仿真模型的研究[D].辽宁：沈阳航空航天大学，2012.
关键词：冷冲模；斜楔导板；仿真分析；摩擦力；磨损
1 引言
汽车覆盖件是汽车的关键组成部分，对整车的表面感知质量具有重要意义。在汽车覆盖件冲压生产过程中，模具斜楔导板常用于翻边整形机构的驱动，其导滑面的磨损易导致模具翻边整形不到位，影响钣金面品质量和全尺寸合格率。国内外专家学者对汽车覆盖件冲压模具进行了大量的理论和试验研究。付三令[1]提出通过确保模具结构设计的合理性、压力机的精度和变形等方法，提高模具研合率以稳定零件尺寸。吴家福[2]提出了采用等离子渗氮技术对导板进行氮化处理，研究了材料渗氮前后的组织，通过耐磨试验研究了渗氮前后试样的耐磨性。结果表明，离子渗氮技术可极大提高导板的耐磨性。日本专家对模具导板磨损进行了一系列研究，提出了快速换装，模块化生产的理念。利用感压片或膜片并根据其颜色深浅确认导板导向面接触面积，除日常保养、涂抹锂基润滑脂外无需其他维护，磨损量达2mm更换导板生产。这些研究均取得了显著成果，为汽车冲压模具的设计提供依据。但上述研究均从模具的结构设计、制造调试及材料成形工艺等角度出发，未涉及模具斜楔导板运动过程的受力分析及表面磨损研究。为减少导板工作面磨损，目前普遍采用在铜基角度导板工作表面镶嵌固体润滑剂的方法，依靠润滑剂自身在工作中的不断损耗来修复破损的润滑膜实现自润滑，具备较强的抗冲击性，在有油或无油条件下均具备良好润滑效果，可有效防止工作面“胶合”。但随着导板的长期使用，石墨润滑剂损耗，导向面摩擦温升剧增，散热性能下降，在较大冲击载荷作用下，斜楔导板磨损严重，影响制件面品质量。
本文从降低冲压模具斜楔导板导向面的摩擦力、减少导板磨损的角度出发，对目前行业通用导板进行结构改进，在平导板面上嵌入滚轮并增加相应的润滑方式。利用UG与ADAMS软件建立简化虚拟样机模型，并进行动力学仿真分析。通过生产对比试验，验证设计的合理性及可行性，以期为汽车覆盖件冲压模具的设计提供理论依据与技术支持。
2 斜楔导板的工作原理与技术改进
2.1 工作原理
目前行业通用斜楔导板结构由垂直面和斜面组成，并在交接处进行圆角过渡。导板基体为高力黄铜，表面镶嵌用以润滑的石墨。模具工作时，斜楔导板通过螺栓与下模滑车铆接，并在特定装配环境下保留滑车水平方向的自由度。在上模主动插刀的作用下，两导板的斜面逐步接触，随着上模的下行，上模导板逐步驱动下模导板运动，将压机垂直方向的运动转化为水平方向的运动。当上下模导板的垂直面接触时，下模滑车伸出到位，完成制件的翻边或整形。但由于斜楔导板通常为铜材料，耐磨性及散热性能不足。同时，模具导向与斜楔运动出现偏差时导板导滑面承受侧向力，在反复的冲击变交载荷作用下导板工作面出现拉毛或异常磨损，导致翻边整形机构运动不到位，造成钣金表面凹陷等缺陷。
2.2 技术改进
从降低工作时导板间摩擦力的角度出发，对原斜楔导板进行结构改进，将角度导板的斜面设计为滚轮嵌入的形式，使面与面的滑动摩擦转换为钢件面与滚轮轴承的滚动摩擦，降低摩擦系数，减少磨损[3-4]。其主体结构由斜导板、滚轮轴承、滚轴、套筒、锁紧键、垫片及螺钉组成。在斜面上增加三排滚轮轴承，滚轮轴承通過阶梯轴固定在导板上，并通过轴肩、套筒的压入限制轴承的轴向偏移；滚轴用键锁紧，防止其转动和窜动。装配时轴承中心线的连线与导滑面平行，其圆柱面与导滑面相切。凹槽底部与轴承预留0.5mm的滚动间隙，隔板底部呈直角加工以储存润滑油，在减少轴承与基材摩擦的同时实现运动过程的润滑，提高轴承使用寿命。
3 ADAM建模与仿真分析
运动仿真是汽车模具设计中关键环节，直接关系模具设计的优劣。通过对汽车模具运动关系进行总结，采用CAE辅助系统实现对汽车模具冲压运动过程的快速定义，仿真冲压模具运动过程，自动输出动态干涉检查结果及受力分析[5]。本文运用多体系统动力学分析软件ADAMS对其进行运动学和动力学进行仿真分析，探究模具運动过程斜楔导板导向面的摩擦力变化规律及改进前后两者的受力差异。在UG中分别建立改进前后斜楔导板工作过程的简化模型，以上下两滑块表征驱动导板及斜楔导板，以滑块间的接触配合模拟模具实际运行工况，并以Parasolid（*.x-t）格式导入ADAMS软件中。为加快计算机运行速率，获得导板导向面的运动规律曲线，改进导板只布置一排滚轮。在ADAMS中创建接两导板工作时的接触力CONTACT，并以其表征导板工作面的受力大小，忽略润滑的影响，在上滑块上施加一空间固定力模拟模具驱动过程。
设定仿真时间为2s，步数200，除去弹性回复阶段的受力，两导板导向面间的摩擦力变化曲线存在显著差异。由仿真结果可知，在相同工况下，平导板与滚轮导板导向面的摩擦力分别为446N与252N，滚轮导板摩擦力减少约76%，表明滚轮式导板能有效减少导板滑配过程导向面的摩擦力。
4试验对比
为进一步验证改进设计的可行性，根据标准件尺寸PQ CSPQ150-100-70实体加工滚轮导板，并将平导板与滚轮导板分别安装在某车型顶盖OP30与翼子板OP40翻边整形机构上。根据零件的成形需求，两者的成形吨位分别为15.3T及15.1T。观察试验结果可知，在成形吨位及冲次等相同工况条件下，平导板与滚轮导板的磨损量分别为2.5mm与0.4mm，滚轮导板相比平导板磨损量减少2.1mm。试验结果表明，滚轮导板可将滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低导板导向面的摩擦系数，相比平导板具有更强的耐磨性能，有效减少导板导向面的磨损。
5 结论
（1）生产试验结果表明，在相同使用工况下，滚轮导板与平导板相比，导向面磨损量减少约2.1mm。
（2） 通过对原斜楔导板进行局部改进及优化，在导向面上嵌入滚轮及润滑油槽，可降低导板导向面的摩擦力，有效减少导向面的磨损，对模具翻边整形机构的优化具有重要指导意义。
参考文献：
[1]付三令.提升汽车模具研合率的探索[J].冲模技术，2014（8）：29-34.
[2]吴家福.轧钢机耐磨导板的磨损试验研究[J].热加工工艺，2016，45（18）：109-111.
[3]陈华.往复式机械零部件磨损特性及故障机理讨论[J].装备制造技术，2010（3）：27-29.
[4]张建华，杜大昌，陈国需，舒礼斌.机械磨损部件的摩擦润滑自修复[J].合成润滑材料，2002，29（2）：13-16.
[5]许增辉.汽车模具冲压运动仿真模型的研究[D].辽宁：沈阳航空航天大学，2012.