摘要：首先对汽车模具中传统浮顶器的结构特点和工作形式进行了研究，总结出传统浮顶器结构形式多、工作不平衡及不同步的缺点，其次采用Abaqus有限元软件对气缸不同步产生的缺陷进行仿真分析，获得了顶盖局部受到的浮顶力和位移大小。为了消除传统浮顶器存在的缺陷，设计了整体式浮顶器结构，在该结构中采用导向和限位装置实现了整体式浮顸器的精准工作，经过改进保证了浮顸器顶
料时的平衡、同步，避免了产品因顶料时产生的缺陷。
关键词：汽车模具；浮顶器；导向；限位
近年来，汽车工业进入了快速发展通道，节能与新能源汽车不断推出，为了抢占市场份额，汽车的造型变得复杂多变，导致汽车外覆盖件模具的研制周期越来越短、难度越来越大。带天窗的汽车顶盖能够改善车内的空气质量，让汽车更赋有时代感，但是天窗处的造型、工艺技术给模具的结构设计带来了诸多难题。汽车顶盖A面以及天窗部位经常会出现刚性不足、尾部反弹、塌陷、拐角变形等缺陷，尾部反弹和天窗面塌陷造成项盖的外观变形，使装配困难”。当上述缺陷解决后需要采用自动化方案取出零件，对小尺寸或工序较简单的零件一般采用抬料销顶出，当零件尺寸较大、刚性较差、工序较多及质量精度要求高时，抬料销容易对成品的质量造成影响。
1传统浮顶器
1．1传统浮顶器的结构特点
带天窗顶盖的翻边模结构设计中，顶盖天窗周围为竖直翻边、轮廓四周需要整形，如图1所示，工作过程中压料器压住型面，模具翻边整形工序完成后零件卡在下翻边凸模上，这时需要采用浮顶器机构将零件顶出，方可进行取件。浮顶器的大小和数量需要根据零件的尺寸特点来确定，由于顶盖尺寸较大，刚性较弱，通常采用气缸作为动力装置与浮顶块组合作为浮顶器。
为了能够覆盖大部分零件区域，顺利顶出零件，采用了3种不同结构形式的浮顶器，共设置10个浮顶器。其中第1种结构浮顶器采用弧形，用于天窗轮廓翻边处的顶料；第2种结构为了避免划伤产品A曲面，采用吸盘结构；第3种结构采用与型面一致的曲面形状，用于顶盖四周整形区域的顶料。采用上述浮顶器虽然能实现取件的功能，但是由于结构形式较多，在工作中容易出现下述问题：①气缸数量较多，在选型时需要考虑气缸的推力、尺寸及安装空间等因素，给钳工的安装造成困难；②第1、2种结构浮顶器由于螺栓紧固存在间隙、且悬臂长度较多，当浮顶器支架两端与零件型面接触不同步时，浮顶器会偏载；③浮顶器机构由于结构空间限制，不能兼顾所有顶料块的导向功能，工作中容易发生浮顶偏移；④气缸组合繁多，当气缸支路压力不匹配，浮顶器顶料会产生不同步现象，易造成零件变形。
1．2浮顶器结构有限元分析
由于浮顶器形式较多，当气缸支路压力波动大，浮顶器顶料不同步容易造成零件变形。为了分析浮顶器不同步给零件带来的影响，现采用Abaqus有限元软件选取顶盖修边后刚度较好的区域进行分析，假设浮顶器2和浮顶器9没有工作，分析浮顶器8的气缸单独作用下板料的大变形位移和应力。在模型中采用解析刚体模拟气缸和活塞杆，顶盖为可变形体，其中板料厚度为0．65mm，材质为CRl80BH，浮顶器8气缸的型号为CQ2A40．50DM，气缸额定推力为150N，载荷施加在气缸底部。
浮顶器8气缸工作后的板料变形应力分布，最大等效应力为577MPa，大于材料的屈服强度，因此零件型面发生了不可恢复的塑性形变，，板料在浮顶器8气缸单独作用下，产生了较大的几何非线性变形，最大变形达到18nun。由上述分析可知采用有限元技术不仅可以模拟实际工况的变形，而且能够降低结构设计变更发生的概率，减少各项资源投入H。
2整体式浮顶器
2．1整体式浮顶器的结构特点
上述分析了浮顶器单独作用时，零件型面产生缺陷的应力和变形大小。为了解决此问题，考虑采用整体式浮顶器消除工作不同步导致的零件型面损坏。整体式浮项器模具结构，该结构最大特点是所有浮顶器上的顶料块、顶料吸盘安装在一个浮顶支架上。整体浮顶器支架结构，该结构由浮顶器安装支架、顶料吸盘、气缸、导柱、刚性顶料块和气路系统组成。6个气缸均安装在浮顶器安装支架上，避免了气缸单独运动造成的运动过程不同步。在支架设计过程中，首先需要根据零件型面特点确定浮项器的作用点，根据受力点设计支架的整体结构，同时需要满足结构的受力均衡、质量轻便，避免工作时发生偏载和卡滞。支架上安装顶料块和吸盘，为了能在运动过程中实现顶料的精准，在支架上设计导柱和导套；在气缸的工作行程内设计安全限位螺钉、弹性限位块以及刚性限位块以避免气缸超出浮顶器行程范围；采用气罐为动力源的气路系统实现整个浮顶结构的上升和下降，保证了浮顶器支架工作时的同步性。
2．2浮顶器支架的导向与限位装置
2．2．1浮顶器支架的导向装置
整体式浮顶器支架的导向装置是该结构能否精确工作的关键，导向精度不足，浮顶器运动过程中发生蹿动，刚性顶料块与零件型面接触不稳定会影响局部区域的浮顶载荷。在结构中导柱安装在支架上，导套2安装在分体凸模上，需要注意导柱与导套配合的长度要大于浮顶器支架的行程，避免开模时导柱与导套脱离，失去导向功能。
2．2．2浮顶器支架的限位装置
浮顶器支架的限位分为工作限位和安全限位，工作限位是针对气缸运动过程中是否到达浮项器的行程采取限位；安全限位是当气缸损坏时，限位螺钉可以拉住浮顶器，避免浮顶器支架掉入模具产生损毁。安全限位设计，安全限位螺钉安装在分体凸模上，浮顶器在正常工作状态时，限位螺钉端面与浮顶器端面不接触，二者之间的安全距离为2mm。浮顶器的工作限位装置弹性限位块和刚性限位块安装在分体凸模上，在顶料过程中，弹性限位块的弹性限位距离y-顶料行程+2mm，刚性限位块的限位距离-，-y+3mm。
3结束语
整体浮项器结构由于所有浮顶器安装在一个支架上，气缸也安装在支架上，保证了气路系统对所有浮顶器气缸压力的统一分配，在运动过程中实现了同步动作。设计了导向装置避免了浮项力的偏载，保证了浮顶器的精确卸料，与传统浮顶器结构相比，经过改进保证了浮顶器顶料时的平衡、同步，避免了零件由于项料产生的缺陷。参考文献：
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