基于傳統(tǒng)連續(xù)模沖壓的自動化線工藝設(shè)計

文/孫妮霞，李祺·東風(fēng)模具沖壓技術(shù)有限公司

隨著冷沖壓制造技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)沖壓以高速的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定的質(zhì)量精度保證其在汽車零部件行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。隨著汽車市場競爭力的日益增加以及汽車產(chǎn)量的劇增，現(xiàn)有勞動強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低的高成本、單工序手工生產(chǎn)模式已無法滿足市場變化需求及制造技術(shù)的發(fā)展。為此，未來沖壓生產(chǎn)制造技術(shù)要以自動化生產(chǎn)模式逐步取代單工序手工模式。

目前，行業(yè)內(nèi)連續(xù)模生產(chǎn)線的綜合效率和生產(chǎn)應(yīng)用方面還存在一定上升空間：需要停線更換卷料；卷料收卷時邊緣易變形、大量尾料無法利用造成材料浪費(fèi)；更換模具鑲塊要停線拆卸模具等。而對于沖壓零部件企業(yè)而言，要提升企業(yè)的市場競爭力和風(fēng)險規(guī)避的能力，重點在于通過提升產(chǎn)品材料利用率、提高生產(chǎn)效率、降低實物制造成本和提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性來保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

總體方案設(shè)計

本連續(xù)模生產(chǎn)線采用了雙料架開卷線、微送裝置、雙工作臺的沖床和線尾皮帶輸送機(jī)、廢料自動收集線的工藝布置方案，該生產(chǎn)線為高效率的自動化生產(chǎn)線，應(yīng)用于小批量、多品種的靈活性生產(chǎn)及新項目的前期開發(fā)設(shè)計及調(diào)試工作，設(shè)定以下5點基本技術(shù)目標(biāo)。

⑴全自動化。全線實現(xiàn)自動收卷、自動更換卷料、上料、卷料自動對中、自動導(dǎo)入校平機(jī)校平后送入模具、自動更換模具、廢料自動收集等單元信號集成，實現(xiàn)一鍵式啟動全線自動化生產(chǎn)運(yùn)行的能力。

⑵高效性。沖壓凈節(jié)拍為SPM≥40次，產(chǎn)品切換時間≤10min。

⑶便捷性。配方管理簡便快捷，適應(yīng)多品種的快速切換生產(chǎn)。

⑷高效益。材料利用率≥63%。

⑸高質(zhì)量。PPM（提供給用戶的100萬個零件中，不合格品的個數(shù)）≤10。

設(shè)備選型

上料機(jī)構(gòu)方案確定

⑴“一鍵式”上料臺車。在上料臺車左、右側(cè)設(shè)計兩個擋塊，通過卷料寬度設(shè)定擋塊的行走距離來進(jìn)行卷寬方向自動對中。上料臺車沿導(dǎo)軌自動行走到開卷料架處，通過料架上方和上料臺車下方的紅外線測量卷料外徑計算卷料中心位置，實現(xiàn)對卷料上線方向的對中，實現(xiàn)一鍵式上料。

⑵“雙頭式”上料架。設(shè)計可做180°旋轉(zhuǎn)的雙軸式料架，在整線生產(chǎn)不停線的情況下，可在線外更換待生產(chǎn)的卷料，待前一卷料生產(chǎn)完畢后通過料架旋轉(zhuǎn)180°快速更換新卷料，如圖1所示。

圖1 雙頭式上料架

⑶自動導(dǎo)正收卷。在料架后側(cè)設(shè)置自動收卷裝置，未生產(chǎn)完的卷料需要收卷時在卷料寬度方向兩側(cè)自動導(dǎo)正卷料（圖2），避免卷料偏轉(zhuǎn)晃動造成卷料邊緣變形無法再生產(chǎn)，浪費(fèi)材料。

圖2 自動導(dǎo)正卷料

⑷“微送料”方案的確定。上料開卷線尾部新設(shè)計尾料微送裝置（圖3），卷料生產(chǎn)完脫離送料輥后材料無送料動力。新增微送裝置直接替代送料輥輪繼續(xù)送料，可以根據(jù)模具長短進(jìn)行伸縮，在每卷料生產(chǎn)到尾料時，有很大一部分脫離送料輥的材料需經(jīng)微送裝置繼續(xù)送料，可保證尾料被充分利用。

圖3 新設(shè)計尾料微送裝置

⑸線外模具和換模方案的確定。在400t設(shè)備前、后兩側(cè)各設(shè)計兩條行走軌道，行走軌道作為前、后工作臺來回移動的軌道，在整線生產(chǎn)不停線的情況下，線外更換待生產(chǎn)的模具，前套模具生產(chǎn)完畢后移出的同時移進(jìn)待生產(chǎn)的模具，可快速切換模具。

⑹廢料收集方案的確定。在沖床兩個工作臺上分別設(shè)有多個廢料孔，工作臺兩側(cè)設(shè)有廢料滑道，在沖床底座中心位置設(shè)有廢料斗，廢料由工作臺上廢料孔或兩側(cè)廢料滑道經(jīng)沖床底座廢料斗滑落到地坑內(nèi)的廢料線上，廢料線將廢料傳送到地面以上的廢料箱內(nèi)。

設(shè)備自動化實施方案設(shè)計

⑴“一鍵式”全線自動化方案確定。通過壓力機(jī)與開卷送料機(jī)、微送裝置、廢料線、成品輸送帶進(jìn)行聯(lián)鎖控制，參與自動送料機(jī)、廢料線等信號的聯(lián)控。在壓力機(jī)設(shè)有整線產(chǎn)品工藝參數(shù)自動存儲配方管理模塊，更換產(chǎn)品時，只需讀取待生產(chǎn)產(chǎn)品配方號，就能完成待生產(chǎn)產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)定，整線各部位裝置自動根據(jù)工藝參數(shù)調(diào)整。調(diào)整過程為全自動，調(diào)整至設(shè)定值時自動停止，實現(xiàn)一鍵式啟動整線切換生產(chǎn)。

⑵“一鍵式”自動上料開卷、收卷。送料機(jī)有產(chǎn)品參數(shù)記憶功能，與壓力機(jī)凸輪系統(tǒng)聯(lián)動，出現(xiàn)送料故障時，給壓力機(jī)發(fā)出指令，壓力機(jī)工作停止。在壓力機(jī)觸摸屏上設(shè)置送料機(jī)界面，監(jiān)控送料角度、矯正凸輪角度等相關(guān)電子凸輪狀態(tài)，并設(shè)置參數(shù)調(diào)整權(quán)限，所有工藝參數(shù)都存儲到設(shè)備記憶模塊，更換產(chǎn)品時，只需讀取出以前存儲的產(chǎn)品參數(shù)，就能完成新產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)定，然后通過快速方便的操作完成各部位的調(diào)整。

⑶一鍵式自動換模。沖床設(shè)計記憶模塊存儲的產(chǎn)品工藝參數(shù)，更換產(chǎn)品時只需讀取以前存儲的產(chǎn)品參數(shù)，產(chǎn)品記憶功能快速導(dǎo)入下一個產(chǎn)品參數(shù)，完成各部位的調(diào)整：上模夾緊器松開移出→工作臺夾緊器松開/頂起→工作臺開出→工作臺開入→工作臺落下夾緊→產(chǎn)品參數(shù)調(diào)整（兩次裝模高度調(diào)整）→產(chǎn)品參數(shù)確認(rèn)→滑塊下行至下死點→上模夾緊器移入夾緊→換模結(jié)束。

⑷配方管理。通過設(shè)備存儲器存儲每個產(chǎn)品從卷料寬度、料厚、送料速度、送料步距、夾緊和放松角度、送料高度、微送伸縮距離、模具閉合高度等工藝參數(shù)，一個產(chǎn)品一套配方，實現(xiàn)不同產(chǎn)品不同配方的管理模式，取代切換產(chǎn)品時人工調(diào)整工藝參數(shù)，能起到防錯及快速切換生產(chǎn)時直接運(yùn)行。

自動化工藝生產(chǎn)方案設(shè)計

工藝生產(chǎn)設(shè)備選擇方法

連續(xù)模上脫料板與下托料板在料帶脫料過程中，都需要有一定的行程，部分零件因成形深度深，上脫料板與下托料板的行程總和占用了設(shè)備大部分行程，剩余行程則是用于送料機(jī)的送料空間，受到送料機(jī)送料速度的制約，零件生產(chǎn)所能達(dá)到的SPM值往往低于設(shè)備最低允許的SPM，設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

調(diào)試方法設(shè)計

⑴送料機(jī)送料輥輪夾緊、放松角度的設(shè)計方法。連續(xù)沖壓生產(chǎn)過程中，在設(shè)備滑塊運(yùn)行的一個行程中都包含有一個材料步距送進(jìn)，在滑塊到達(dá)下死點前送料機(jī)送料輥輪放下材料，模具導(dǎo)正銷通過料帶導(dǎo)正孔對材料進(jìn)行導(dǎo)正，保證步距精度，沖壓完成后滑塊返回時送料機(jī)送料輥輪夾緊材料開始送料，送料輥輪的夾緊、放松信號與設(shè)備信號聯(lián)鎖，在送料輥輪夾緊、放松的瞬間設(shè)計設(shè)備曲軸轉(zhuǎn)動角度，同時在模具導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分運(yùn)行到料帶導(dǎo)正孔內(nèi)2～3mm時，設(shè)計送料機(jī)送料輥輪夾緊、放松，如圖5所示。

圖5 送料機(jī)送料輥輪夾緊、放松角度的設(shè)計方法

⑵確定微送位置的方法。在連續(xù)模生產(chǎn)過程中為了不影響產(chǎn)品質(zhì)量、不損壞模具，避免材料浪費(fèi)，卷料經(jīng)過送料輥輪進(jìn)入模具時的角度越小，卷料變形越小，越有利于生產(chǎn)穩(wěn)定，在料帶送料沒有問題的情況下托料板行程設(shè)定到最小，同時卷料擺動角度設(shè)定為≤3°，如圖6所示。

⑶卷料料頭在模具上起始位置的方法。卷料進(jìn)入模具后模具上不得留有修邊廢料，若有修邊廢料存在時操作工容易疏忽未清理造成模具損壞，另外在后工位容易造成零件單側(cè)成形受力不均衡影響質(zhì)量，為避免上述問題，模具上設(shè)計卷料起始線來消除廢料的產(chǎn)生和保證良好的成形性，同時也避免零件報廢，材料起始線在下模FR側(cè)，加工成V形槽。

⑷線下更換字頭的方案。我公司實行小批量、多品種滾動生產(chǎn)模式，每個產(chǎn)品每次生產(chǎn)均需更換生產(chǎn)標(biāo)識，以往每次更換字頭都需在線上進(jìn)行，大大降低了生產(chǎn)效率。為解決該問題新設(shè)計抽屜式字頭結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)前線下直接抽出裝有字頭的安裝板，更換字頭后再插到字頭安裝座，簡單、快捷，如圖7所示。

⑸在線快速維修方案（圖8）。連續(xù)模在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品往往會出現(xiàn)毛刺等缺陷，不可避免需要在線維修模具，按傳統(tǒng)模具結(jié)構(gòu)則需要拆卸模具維修后再上線生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)效率，新設(shè)計“天窗式”壓料板便于在線維修，提高生產(chǎn)效率。

⑹零件到位自動檢測。零件在高速生產(chǎn)過程中，料帶容易出現(xiàn)異常而送不到位，沖床未停機(jī)繼續(xù)沖壓極易損壞模具和浪費(fèi)材料，因此在模具出件側(cè)設(shè)計到位檢測裝置與設(shè)備信號連通，檢測裝置未檢測到零件時無信號反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就會發(fā)出報警并使沖床停機(jī)。

圖6 確定微送位置

圖7 字頭安裝板

圖8 在線快速維修方案

結(jié)束語

連續(xù)模生產(chǎn)線不僅從設(shè)備結(jié)構(gòu)上設(shè)計研發(fā)了一條集雙軸旋轉(zhuǎn)料架上料、尾料矯正收卷、自動化尾料微送、沖壓加工、廢料及成品收集于一體的全自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)了一鍵式上料開卷、一鍵式換模、一鍵式自動收卷、一鍵式廢料收集，通過產(chǎn)品工藝參數(shù)自動存儲功能，實現(xiàn)產(chǎn)品配方式管理模式，在10分鐘內(nèi)切換生產(chǎn)，解決零部件行業(yè)內(nèi)小批量、多品種靈活生產(chǎn)需求，還從工藝角度研究零件SPM與設(shè)備能力的關(guān)系、快速更換模具鑲塊等特殊模具結(jié)構(gòu)，降低勞動強(qiáng)度。生產(chǎn)SPM平均達(dá)到42.7次/分鐘，生產(chǎn)效率提高100%、材料利用率提升到63%以上，每年節(jié)約材料成本158萬元，此整線生產(chǎn)方式為降低制造成本及高效的自動化生產(chǎn)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。