一种自卸力包边装置

杨 磊

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）

汽车行业竞争日趋白热化，用户要求越来越高。为满足用户需求，在汽车质量、功能提升的同时，各大车企纷纷在外观感知质量上做足功夫。门盖包边是车身制造的关键环节，包边质量既关系到整车质量，又直接影响到车身外观品质，所以，在汽车达到生产制造过程中，控制门盖包边质量显得尤为重要。本文介绍一种门盖包边机构的重大改进，旨在提高包边设备的稳定性，降低故障率，同时提升包边质量，提高门盖等外覆盖件的生产效率，为整车的高效生产保驾护航。

1 常用主包边装置

汽车车门、发动机罩和行李箱盖等外覆开合件简称为门盖，因功能及工艺需求，传统的汽车门盖都需要内外门板的包合，业界称之为包边或折边。除传统的压力机包边和流行的机器人滚边外，桌式包边也是一种被广泛采用的包边类型。桌式包边属于专机包边，具有设备小巧、成本低、自动化程度高、便于生产布局及工艺调整等特点，尤其适合高节拍、大批量生产，因而被广大车企所青睐，包括大众、丰田等国际一线车企亦广泛采用。图1所示机构为桌式包边的常见主包边装置。

图1 常见主包边装置

其机构原理图如图2所示：

图2 常见的主包边装置

图2 所示为常见的主包边装置，主要由主包机构、模腔、底板三部分组成，其动力源为主包机构中的动力缸，可分为液压缸驱动或伺服电机驱动；其装置工作任务是把车门翻边从45°状态压成90°的最终包边状态。主包边机构与底板采用螺栓连接。

工作时，力的传递路径有两个为：动力缸→底座→底板；动力缸→驱动力臂→施力刀架→包边刀→包边工件→模腔→底板。包边刀的力使汽车门盖零件翻边从45°状态被压成90°最终包边状态。该力的传递闭环最终由底板承担。

根据上述工作原理，图1主包边装置存在如下几个问题：

（1）连接螺栓易断裂：汽车门盖零件周围单边待包边长度有时长达1 200 mm以上，为了满足包边力要求，通常要增大动力缸的压力值使作用在零件上的力增大。这样做的后果是致使连接主包机构与底板的螺栓断裂。

（2）维修困难：由于包边机构与模腔间的空间狭小，一旦出现主包机构与底板的螺栓断裂，维修非常困难。

（3）维修耗时长：当出现主包机构与底板的螺栓断裂，维修时需要拆掉附近机构，装卸时间长，影响正常生产效率。

2 自卸力包边装置

2.1 机构特点

为解决上述问题、提高汽车门盖生产效率、提升包边质量，对上述包边装置进行了重大改进，改变了包边压力的传递路径，使其避开底板而形成新的包边压力传递闭环，彻底解决了包边底座与底板连接螺栓受力过大而断裂的问题。该新型门盖主包边装置如图3所示。

图3 新型门盖主包边装置图

其机构原理图如图4所示。

图4 自卸力包边装置机构图

该新型包边装置主要由主包机构、模腔、底板三部分组成，其中主包边机构的主要部件如下：

底座（3）：支撑整个主包边机构，并与底板连接固定；

动力缸（4）：与液压站相连，提供包边动力；

连杆（5）：与驱动力臂（6）协同组成平行四联杆机构，以保证包边刀（8）的运行轨迹和包边压力的方向；

驱动力臂（6）：与动力缸（4）相连，传递包边动力到施力刀架（7）与包边刀（8）；

施力刀架（7）：连接包边刀（8）和由连杆（5）、驱动力臂（6）所组成的动力传递机构；

包边刀（8）：与施力刀架（7）连接，执行主包边动作；

卸力臂（9）：由双臂组成，均铰接于底座（3）上，一端安装动力缸（4），另一端上表面扣住模腔（2），是形成动力闭环的关键。

本设计的核心要点是在主包机构中特增设了卸力臂。该卸力臂一端与驱动缸相连接，另一端在工作时作用在模腔上，使原主包边装置的力的传递途径有所改变，形成新的力的闭环，使得动力传递不经过底板，从而避免了底座安装螺钉的断裂。新机构对车门零件的工作方式没有太大变化，而模腔则需要在相应位置增设空间供卸力臂布置和施力作用。

2.2 动力缸选型

以液压驱动方式为例，为满足的单位长度包边力（下文以Q来表示，通常Q≥15 kg/mm）的需求，针对不同的包边长度（L），需选用不同缸径（D）的油缸。当液压系统工作压强为P时，油缸输出力计算公式为：

F1=（D/2）2× P

设动力臂为L1，阻力臂为L2，作用力方向和被作用面法向的夹角（锐角）为α，根据杠杆平衡原理得出施力刀架输出力为：

F2=F1× L1/L2= π（D/2）2× P × L1/L2

包边压力F为：

F=F2× cosα = π（D/2）2× P × L1× cosα/L2

为满足包边需求，每毫米长度的压力不小于Q，即

F/L=（D/2）2× P × L1× cosα/L2/L ≥ Q

依据上式推导，在包边长度已知的情况下，为满足包边压力，液压缸径的满足条件为：

3 新机构工作原理及优点

自卸力包边装置工作时，如图5所示，力的传递路径有两个为：（1）动力缸→卸力臂→模腔；（2）动力缸→驱动力臂→施力刀架→包边刀→包边工件→模腔；传递到包边刀的力完成包边动作。

图5 自卸力包边装置剖视图

增加卸力臂后，包边力的传递路径改变为“动力缸→驱动力臂→施力刀架→包边刀→包边工件→模腔→卸力臂→动力缸”，原本传递到底板上的力改为经卸力臂传递到模腔上，使得包边力的传递闭环避开了底板这个链节，最终改由模腔来承担。在包边工作时，主包机构与底板的连接螺栓只承担固定包边机构的扭紧力，而不再承担包边力，大大减少了螺栓断裂风险，便于压力的增加，确保了门盖工件的包边质量，减少了维修故障，提高了生产效率。

4 试验验证

经某车型滑移中门项目（左右中门共采用8套自卸力包边机构）小规模大批量长周期生产验证，效果良好。具体验证数据如下：

验证周期：12个月（月工作日22天；日工作时长21.5小时）

生产节拍：60JPH

产量计算：60×21.5×22×12=340 560（台）

经34万余台次生产验证，所有8套自卸力包边机构均未出现底板安装螺钉断裂现象，包边质量良好，设备运行效率达96%.

5 结束语

自卸力包边装置彻底解决了原主包边装置的主要问题，包边质量良好，设备运行稳定性大幅提升，故障率降低15%，运行效率达95%以上。该新型包边装置尤为适合高节拍、大产量车型的门盖包边，具有较高的推广价值。