汽車沖壓生產(chǎn)線整線仿真要點分析

于明湖

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201206）

面對日益激烈的市場競爭，減少浪費、提高生產(chǎn)線輸出能力是各汽車制造企業(yè)沖壓系統(tǒng)提升自身競爭力的關鍵[1]。充分利用自動沖壓線的靈活性并發(fā)揮其生產(chǎn)能力和效率、提高沖壓車間的生產(chǎn)能力、改善和優(yōu)化沖壓線的自動化輸送系統(tǒng)，是提高整線生產(chǎn)節(jié)拍的關鍵因素之一[2]。

隨著車型越來越多，產(chǎn)品更新越來越快，小改款、中期改款越來越頻繁，加上車型設計越來越突出個性化、高顏值方向。對沖壓生產(chǎn)線的包容性、柔性以及對模具的設計制造都帶來巨大壓力[3]。

實踐應用證明，通過數(shù)字化沖壓線整線仿真技術，特別是在模具設計階段提前接入，能夠對模具上線后整線節(jié)拍提升起到正向促進作用。本文從應用沖壓線整線仿真技術的關鍵點進行闡述，旨在為正確應用整線仿真技術提供參考。

1 仿真關鍵點分析

1.1 拉伸墊設置

拉伸墊作為沖壓線打頭壓機拉延工藝的關鍵組成部分，拉伸墊運動設置必須與現(xiàn)場一致（拉伸墊動作位置以壓機旋轉角度對應的位置保持一致），否則會導致仿真過程中設置的取放料位置不一致，嚴重的可能導致自動化與模具壓邊圈碰撞干涉，進而造成設備損壞。

同時，還需關注拉伸墊幾種不同運行模式的選用：

①拉伸墊是否啟用預加速功能。數(shù)控系統(tǒng)接收來自多連桿壓力機轉角信號，如圖1所示，控制液壓墊動作，使液壓墊在滑塊下降時不停留在上限位置，而是先于滑塊向下移動。在模具快要碰撞到壓板框架時，壓邊缸下腔被打開。液壓墊在向下移動時先于滑塊，它的下降速度是滑塊的80%，在20mm時，滑塊趕上了拉伸墊。避免上模與拉伸墊硬性閉合時造成的沖擊[4]。

②拉伸墊是否啟用Lockingafter BDC功能。在下死點使氣墊在下死點停留一段時間，待上模與下模完全不接觸后再回程（僅針對上模同時存在內壓邊圈的情況下，防止拉深成形后的零件變形）。

圖1 拉伸墊運動

③拉伸墊是否啟用取料位等待功能。

注：取料位等待是配合下料手提前進入壓機取料的位置，在整線節(jié)拍提升中能夠起到一定的正向提升作用，此功能在越來越多高速線上被普及應用。

圖1中各位置說明如下：1為拉伸墊預加速開始；2為低沖擊的從位置控制到力控制轉換過渡階段；3為通過數(shù)個線性插補力點和位置支持點為所需的成形力增大壓力；4為在底部拐點降壓（BDC位置）；5為拉伸墊Locking after BDC功能；6為拉伸墊提升至取料位等待位置（等待自動化將零件移走）；7為拉伸墊返回初始狀態(tài)向上運動；8為拉伸墊起始位置。

1.2 斜楔須在初始位置

斜楔機構是通過斜楔和滑塊的配合使用，變垂直運動為水平運動或傾斜運動的機械機構。常規(guī)模具數(shù)模提供的都是模具閉合狀態(tài)下的狀態(tài)，此時模具中的所有斜楔都處于工作狀態(tài)，如圖2所示。但是自動化進出模腔運動過程中，所有斜楔機構處于初始位置（強制回程狀態(tài)），如圖3所示。斜楔位置是否準確，直接影響到自動化進出模具時自動化與模具本體的干涉，如圖4所示。同樣，很多翼子板的旋轉斜楔也存在類似的情況。

1.3 零件須與實物一致

圖2 閉模時斜楔位置

圖3 開模斜楔初始位置

圖4 斜楔初始位置與干涉檢查

工序零件數(shù)模需要與零件在該工序完成之后的狀態(tài)完全一致，如圖5所示。模具工藝圖中的工序零件常規(guī)都有工藝補充部分型面，如果工序零件與實際零件不一致（圖6），會導致零件在仿真過程中，零件與模具的干涉仿真及Tooling設計時吸盤位置確認存在差異（比如Tooling設計時，吸盤位置存在工藝孔，但因工藝補充未被發(fā)現(xiàn)）。

圖5 正確的工序零件須與實際狀態(tài)一致

圖6 上料手安全距離

1.4 安全距離設定

考慮到整線壓機及自動化運動過程中可能存在角度差，特別是急停狀態(tài)時壓機與自動化的急停響應不同（壓機慣性大，其急停狀態(tài)下會有制動延時，進而產(chǎn)生壓機與自動化不同步），必須要設置足夠的安全余量。

常規(guī)的，自動化手將零件送入模腔后，在自動化退出模區(qū)的時候尤為危險，自動化手與上模的最小安全距離應≥110mm。如果此處安全距離不足，當生產(chǎn)線觸發(fā)急停的情況下，由于壓機慣量較大而導致滑塊繼續(xù)下行，會導致壓機滑塊與自動化手正面相撞。

圖7 下料手安全距離

當自動化空手進入模腔取件的時候，自動化手與上模最小距離應≥100mm，此時如果整線發(fā)生急停情況，壓機滑塊將仍有有部分向上的慣性，所以此處最小安全距離可以略小。

1.5 模具裝配結構

模具總裝配結構定義（圖8）：OP10一級裝配體只分為上模、壓邊圈、下模三個；OP20～50一級裝配體只分上模&下模兩個，其它CAM等不同運動部件（包括標準件裝備到對應的上模或下模部件上），如果模具設計過程中沒有裝配層級，將極大影響仿真效率。

圖8 模具裝配結構示意

2 數(shù)字模型與實際差異性

由于安裝誤差的客觀存在，實際生產(chǎn)線與數(shù)字化生產(chǎn)線模型難免存在差異，整線仿真工作的前提條件是要對整線模型與實際生產(chǎn)線的差異性進行客觀評估。

具體方案可以通過以壓機工作臺中心槽及工作臺平面為基準（圖9），測量自動化在取放料位置與基準位的數(shù)值，反向對比整線仿真模型中自動化在相同位置情況下坐標數(shù)值差異。

圖9 坐標系定義示意

明確數(shù)字化整線仿真模型與實物生產(chǎn)線差異后，可以通過修正數(shù)字化生產(chǎn)線或仿真結果數(shù)據(jù)補償?shù)姆绞絹砑m正數(shù)字化整線仿真模型與實際生產(chǎn)線的差異，同時也應該具體差異大小，修正自動化最小安全距離設定值。

3 常規(guī)干涉點

（1）機械手下料時：空手進入模腔時自動化手上端與上模之間的干涉；空手進入模腔時自動化手端拾器吸盤與下模之間的干涉。

（2）機械手上料時：自動化帶料傳輸時，零件最低點與下模之間的干涉；自動化拋料后，自動化空手退出時自動化上端面與上模之間的干涉。

（3）前一序上料自動化與下一序下料自動化端拾器相互碰撞干涉。

4 結論

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進步，各汽車廠家對提高生產(chǎn)效率[5]的需求越來越迫切。充分用足設備的柔性，發(fā)揮設備潛在的優(yōu)質特性，確保沖壓線節(jié)拍得到深入挖掘是沖壓領域不懈的努力方向。

影響整線節(jié)拍影響因素是多方面的。除了設備本身能力外，還與模具設計、調試軌跡人員水平、Tooling設計等因素直接相關。沖壓線整線數(shù)字化仿真技術的適時出現(xiàn)，將模具設計、軌跡離線編程優(yōu)化、Tooling提前設計等因素通過數(shù)字化整線模型的方式在產(chǎn)品設計階段便集合在一起，迎合了沖壓工業(yè)自動化發(fā)展的契機。隨著沖壓線整線仿真技術應用的不斷深入，其價值被越來越多的主機廠所認可，勢必在未來得到更加廣泛的應用和發(fā)展。