淺析影響沖壓聯動生產效率的常見因素

文/闞鴻耀·上海匯眾車橋系統有限公司

淺析影響沖壓聯動生產效率的常見因素

文/闞鴻耀·上海匯眾車橋系統有限公司

闞鴻耀，資深沖壓工藝主管工程師，畢業于哈爾濱工業大學材料成型及控制工程專業，參與主導近10個沖壓項目的投產工作，立足于沖壓現場實際問題的解決，具有豐富的現場實踐經驗。

隨著企業勞動力成本的不斷提高，越來越多的企業開始投設自動化沖壓生產線，以提高生產線的自動化水平，達到提高生產效率，降低產品單件成本，獲得更大效益的目的。沖壓前期開發過程是決定投產產品生產效率的關鍵，如何在前期開發過程中從設備、機械手、模具三方面提高沖壓聯動生產的效率，也就決定了產品投產后效率的高低。

我公司沖壓車間目前有四條生產線，包括兩臺法格1000t機械式壓力機和兩臺舒勒2000t機械式多工位壓力機。設備結構及形式決定了投產的產品必須與現有設備相匹配，以達到最好的聯動生產能力。目前，沖壓車間生產的產品主要為汽車底盤沖壓件，如圖1所示。接下來對沖壓前期自動化設計過程中影響生產效率的常見因素，從模具、設備、機械手三方面進行分析。

圖1 底盤沖壓件

影響沖壓聯動生產效率的設備因素

生產設備的結構及形式作為硬性條件，沖壓自動化設計中需要考慮與之匹配，結合實際生產過程中的案例，下面分別以影響1000t壓力機與2000t壓力機生產效率的因素進行介紹。

影響1000t壓力機落料生產效率的常見因素及分析

⑴矯平機矯平能力（主要涉及卷料規格）。目前沖壓輕量化已經是大趨勢，高強板得到大量應用，矯平機的矯平能力直接決定高強板能否批量生產。

⑵封閉裝模高度范圍、送料高度要求。封閉裝模高度范圍、送料高度要求，這幾項參數作為設備基本參數，模具與之匹配對于提高換模效率，保證生產的穩定很關鍵。

⑶機床臺面尺寸、傳送皮帶調整范圍。機床臺面尺寸、傳送皮帶調整范圍，兩項數據決定模具出料形式，不同的出料形式直接決定出料堆垛的穩定性。側出料結構形式對設備空間占用大、生產穩定、堆垛齊整，如圖2所示；導向架導向出料形式對設備空間占用小、生產不穩定、堆垛不齊，如圖3所示。

圖3 導向架導向出料形式

影響2000t壓力機生產效率的常見因素及分析

2000t沖壓生產線上的關鍵參數主要有拆垛、輸送皮帶、對中結構等。⑴拆垛。拆垛吸盤需有調整范圍，達到穩定拆垛。雙料感應器及對中位置感應器的感應位置，料片不應存在變形。⑵拆垛—輸送皮帶。對于雙料片形式，料片之間間距應與輸送皮帶感應器間距及拆垛吸盤位置相匹配。⑶對中結構。重力對中方式對于不規則料片不易調整。

影響沖壓聯動生產效率的機械手因素

結合不同的產品結構和調整空間的大小，機械手需要選用不同形式。目前車間主要存在兩種感應器形式：推桿式和接觸式。推桿式對于異形產品的感應靈敏度及可靠性并不佳。夾鉗的打開角度及調整范圍為沖壓生產問題的解決提供了更大的可調空間，夾手相較于托盤成本高，可靠性強。

影響沖壓聯動生產效率的模具因素

模具設計基本參數要求

模具OP20工序托料頂起高度需與對中臺面高度一致，否則高度差會造成放料的不穩定，影響節拍；同樣模具前后副高度差需要一致，否則同樣會造成放料的不穩定。

托料系統選擇

模具托料系統常見結構分為整體托料和單體托料兩種形式，如圖4所示。單體托料出現問題易于分析，拆裝簡單，但托料力不平衡（尤其對于剛性不足的零件）；整體托料出現問題查找比較麻煩，拆裝復雜，但托料力相對更加平衡。實際設計中，需要根據具體產品、模具結構確認采用何種形式，目前單體托料系統應用比較廣泛。

廢料排出結構

廢料排出結構對于沖壓自動化來說也至關重要，設計時有以下幾點注意事項：⑴一次沖程后的邊刃不準留有廢料或殘留物，廢料切斷的對角線長度不得大于300mm；⑵廢料排出通道不得有急拐彎，廢料能自行從模具內滑出至機床廢料孔；⑶廢料槽內不能有凸起、凹陷等阻止廢料滑落的部分；⑷廢料槽角度不得小于30°，如小于30°必須進行詳細說明和模擬。

圖4 模具托料系統的常見結構

側切機構

對于側切機構設計，應考慮側切刀口造型強度、側切刀口增加防側翻導板及讓刀避讓。如側切刀口懸空太大，同時無防止側翻墊板，刀口經常發生斷裂。側切導向機構側切時存在壓料板的情況，要注意壓料板的導向穩定性。在實際案例側切工序中，僅僅靠側切底座兩側導板導正，沖壓精度難以保證，如增加錐形導向效果較好。圖5、圖6分別為兩種案例代表。

圖5 副車架下片側切導向壓料板

圖6 副車架上片兩側側向導正

扇形翻邊結構

扇形翻邊在某系列車型副車架上均有存在，且均存在開裂的情況。某副車架上片翻邊開裂位置，如圖7所示。分析開裂的原因在于外翻時材料流動來不及補償。目前解決的方式包括：前道序預壓凸包聚料；通過修改修邊線調整補償進料；改變翻邊位置R角。

沖壓成形開裂問題

沖壓成形開裂是在新產品投產過程中常見的沖壓缺陷，開裂與前期模具工藝設計、模具制造及材料性能指標的選擇等多種因素有關，后期發生開裂往往問題比較棘手，同時并沒有完善的解決方案。解決開裂問題關鍵還是前期做好模具CAE分析，對于易于開裂的危險點進行工藝優化，同時結合材料性能指標找到極限材料性能指標，當然這些工作難度較大，需要長期的經驗數據積累。圖8為生產中遇到的產品開裂實例。

圖7 某副車架上片翻邊開裂位置

沖壓零件成形方式影響后道序零件定位穩定性，以及翻邊及修邊能否順利實現。如：深成形后依靠托料塊定位，造成定位不穩，影響節拍（圖9）；梁狀結構零件淺成形后依靠型面定位，造成定位不穩（圖10）。

圖8 開裂實例

圖9 成形后依靠托料塊定位

圖10 成形后依靠型面定位

直切刀口產生毛刺與翻邊拉毛問題解決

沖壓零件型面成形過程經常遇到是選擇直接成形到位還是成形+翻邊組合的問題，兩種工藝方式實際應用中均存在一定問題。如直接成形到位工藝的副車架下片直切刀口毛刺問題（圖11）；成形+翻邊組合成形工藝的副車架下片翻邊聚料造成鑲塊拉毛問題（圖12）。

圖11 副車架下片直切刀口毛刺

圖12 副車架下片拉毛問題

以上兩種案例說明，對于直接成形到位的情況，涉及到切R角圓弧以及較長直邊，容易產生修邊毛刺；對于成形+翻邊組合成形工藝完成型面最終成形的情況，由于此處為翻邊聚料位置，鑲塊受力增大，使用壽命大大降低。目前對于該項問題的解決，需要前期工藝充分論證優化。

帶角度沖孔

沖壓過程中某些功能孔需要在一定角度的型面上沖壓，這將涉及帶角度沖孔的問題，前期設計過程中的一些因素包括行程、預壓以及型面貼合度等需要確認，否則實際沖壓過程中會有帶料、二次沖裁等問題。帶角度沖孔帶來的二次沖裁壓痕，如圖13所示。

圖13 沖孔壓痕缺陷

翻孔

翻孔是沿內孔周圍將材料側立出凸緣的沖壓工序，實際常見缺陷為翻孔開裂。解決翻孔開裂問題，要從翻孔變形程度著手，翻孔系數越大，變形程度越小；翻孔系數越小，變形程度越大。影響翻孔系數的主要因素有：材料的性能，塑性越好，翻孔系數越小；預孔的相對直徑越小，翻孔系數也越小；翻孔凸模的形式也會影響工藝效果，球面凸模能使翻孔系數減小，增加變形程度；通過調整沖孔間隙，提高沖孔斷面光亮帶所占比例。

實際設計中也是通過調整以上影響翻孔系數的因素，來解決翻孔開裂的問題。實際前期開發過程中從模具的角度來看，影響沖壓生產效率的因素遠遠不止這些。沖壓生產過程中模具作為最核心的部分，為提高沖壓生產的效率，前期開發過程中需要結合產品的結構特性以及以往的經驗教訓，在模具圖紙審核中進行充分的論證，確定最優的解決方案。

結束語

沖壓前期自動化設計過程中影響生產效率的常見因素，主要來自于設備、機械手、模具三方面，本文分別從這三方面對影響生產效率的常見因素進行了分析，并結合實際案例探討解決方案。在實際工作中應將問題解決在前期，最終實現沖壓自動化生產效率的提高。