側(cè)圍自動化沖孔的應(yīng)用

劉芯娟，邵剛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

1 概述

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)對焊裝夾具的要求也越來越高，包括功能的多樣化、生產(chǎn)效率高、操作簡便、性能穩(wěn)定等，其中自動化沖孔也可以通過設(shè)計在夾具工裝上實現(xiàn)，本文就在汽車行業(yè)的實際應(yīng)用中，通過設(shè)計一種帶帶增壓氣缸的夾具工裝，對一種側(cè)圍自動化沖孔技術(shù)做了簡單說明。

焊裝自動化沖孔指對于側(cè)圍上的部分孔位，不使用通常考慮的沖壓模具，而通過設(shè)計一種夾具工裝，實現(xiàn)在焊裝車間的自動化沖孔。特別是側(cè)圍外板板材面積較大，需要加工的孔位包括外飾件安裝孔、電泳漏液孔、工藝過孔等，孔位較多。而設(shè)計沖孔模具費用較高，工序長，占地面積大。

針對此情況，設(shè)計制作出以一種增壓氣缸為動力源，來獲得穩(wěn)定和比較大的沖擊力，來實現(xiàn)側(cè)圍自動化沖孔的工裝夾具。該工裝夾具設(shè)計制作簡單，占用生產(chǎn)線空間較小，可實現(xiàn)側(cè)圍的焊裝自動化沖孔。通過使用此工裝沖孔，整個工序完成時間較短，包括上料、沖孔、下料等工序工時約50秒左右，可在沖壓側(cè)圍下線位置或者焊裝生產(chǎn)線側(cè)圍上線位置選擇合適位置安置工位。

2 沖孔工裝簡介

通常汽車主機(jī)廠焊裝分廠使用的動力源為壓縮空氣，供給氣壓方位一般為0.3～0.6MPA。使用單一氣壓為動力源氣缸所產(chǎn)生的動力通常＜10KN。例如比較大的缸徑125mm 的氣缸輸出力約為5KN，而想要在板厚為0.8mm 板材上沖孔的輸出力需要達(dá)到10KN 以上。因此要在焊裝車間的工裝夾具要達(dá)到側(cè)圍的自動化沖孔，就需要使用增壓氣缸或者設(shè)計一種可以放大沖擊力的結(jié)構(gòu)。

要實現(xiàn)側(cè)圍自動化沖孔，使用的工裝動力源為通常使用的壓縮空氣，輸出的動力沿一定方向運動，并且輸出的動力因氣壓的變化存在一定范圍的波動。若通過簡單的杠桿結(jié)構(gòu)，加大臂長放大輸出力，工裝的體積較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響現(xiàn)場的操作，故采用此種結(jié)構(gòu)不符合要求，需要設(shè)計一種新型結(jié)構(gòu)來滿足使用要求。或者直接選用合適的增壓氣缸來達(dá)到?jīng)_孔力要求。

3 沖孔機(jī)構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)使用的要求和以往案例，設(shè)計出一種側(cè)圍自動化沖孔的結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

圖1

通過此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，可以將最后的輸出力放大為氣缸輸出力的若干倍，并且能夠較平穩(wěn)的的轉(zhuǎn)化到需要沖孔的位置。通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計，沖裁頭達(dá)到需要沖孔的部位時，其反作用力產(chǎn)生的阻力較小，有效的保證了沖孔過程的穩(wěn)定。當(dāng)沖裁頭與板材垂直時，沖孔的通過搖桿作用在活塞上的反作用力與活塞運動方向垂直，力量被設(shè)計的限位塊抵消，保證了沖孔的安全可靠。

實際應(yīng)用上述工裝進(jìn)行沖孔前，應(yīng)沖孔力的大小能否達(dá)到目標(biāo)值，即能否實現(xiàn)有效沖孔。下述舉例說明沖裁要求。

以汽車行業(yè)側(cè)圍常用的冷軋板材為例，抗剪切強(qiáng)度約為400MPA，需要沖孔的直徑為10mm，側(cè)圍板材厚度0.8mm。

沖孔力計算。

3.1 理論沖孔力數(shù)值

P=τltk =400×3.14×10×0.8X1.1 =11052.8N；

其中τ為材料抗剪強(qiáng)度，l 為沖孔的周長，t 為板材厚度，k 為安全系數(shù)。

通過單位換算：

1kgf=9.81N；

此外，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對人才的激勵管理，給予衛(wèi)生人才物質(zhì)、職業(yè)發(fā)展、技術(shù)提升等多方面的激勵措施，完善晉升和職業(yè)評定管理，提高衛(wèi)生人才的學(xué)習(xí)主動性、積極性，為人才提供良好發(fā)展前景的同時，鋪就了東麗區(qū)衛(wèi)生人才資源的長遠(yuǎn)道路。

P=1126.68kg；

同時自動化沖裁兩個孔需要的的理論輸出力為：2×P=2253.36kg。

3.2 實際沖孔輸出力的計算

氣缸選用125 缸徑，其標(biāo)稱輸出力為F=490kg；

分力F’=F/cos79.7=2740kg；

F1=F’×cos9.3=2704kg；

根據(jù)力矩平衡Ma=0；F1×120=F2×120；

3.3 結(jié)論

實際沖孔輸出力與理論沖孔力的比較。

2704＞2253 滿足自動化沖孔需求。

使用125mm 缸徑的氣缸使用此結(jié)構(gòu)工裝可滿足自動化沖孔要求。

4 增壓氣缸

增壓氣缸是將一油缸與一增壓器作一體式的結(jié)合，使用純氣壓為動力利用增加器的大小活塞截面積之比例，將氣壓的低壓提高數(shù)十倍，供應(yīng)油壓缸使用，使其達(dá)到液壓缸的高出力。其原理如下圖。

圖2

增壓氣缸是油缸與增壓器的結(jié)合，以純空氣作推動，無需其它能耗，環(huán)保、節(jié)能，不產(chǎn)生污染源，其的優(yōu)點較多：（1）運行速度比純液壓=快，輸出力比純氣壓穩(wěn)定；（2）結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整輸出力容易實現(xiàn)，容易保養(yǎng)；（3）最終的輸出沖擊力大，通常可達(dá)20-30KN；（4）設(shè)備成本比純液壓設(shè)備便宜；（5）動力來源容易實現(xiàn)，可使用壓縮空氣為動力源；（6）能量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)簡單，漏油風(fēng)險小；（7）可以通過增速及增壓裝置的配合來實現(xiàn)運動；（8）設(shè)備操作環(huán)境噪音比較小。

5 應(yīng)用

以江淮iEV6E 新能源純電動車項目為例，側(cè)圍外板板件較大，板件上外飾件安裝孔、電泳漏液孔、工藝過孔等孔位較多，位于不同位置和平面，全部實現(xiàn)在沖孔模具上開發(fā)工序較長，浪費場地和資源，且開發(fā)周期長，影響項目進(jìn)度。為節(jié)約生產(chǎn)成本，優(yōu)化場地等資源，結(jié)合實際情況設(shè)計焊裝自動化沖孔工裝，部分孔位可以直接在焊裝工裝上實現(xiàn)自動化沖孔。具體工作如下。

4.1 沖孔方式選擇

系統(tǒng)分析沖孔位置，選擇的孔位包括外飾安裝孔、漏液孔等7 個孔位，如下圖所示。

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)場地工藝布置，最終選擇了在沖壓車間側(cè)圍外板下線位置設(shè)置自動沖孔工位，便于產(chǎn)品質(zhì)量的管控。

圖3 沖孔位置

4.2 相關(guān)參數(shù)確定

根據(jù)現(xiàn)場場地和沖孔位置，如選擇沖孔機(jī)構(gòu)則工裝太復(fù)雜，針對要達(dá)到?jīng)_孔精度要求及現(xiàn)有工裝設(shè)備精度條件，選用增壓氣缸實現(xiàn)自動化沖孔。通過選用匹配增壓氣缸和側(cè)圍外板沖裁力計算，增壓氣缸能夠可靠的實現(xiàn)沖孔。

4.3 設(shè)計3D 數(shù)模，制作生產(chǎn)

圖4 沖孔工裝

焊裝側(cè)圍自動化沖孔的可行性分析完成后，下一步進(jìn)行沖孔工裝的3D 數(shù)設(shè)計，如圖4 所示。設(shè)計完成后通過軟件進(jìn)行操作模擬和干涉分析，整個沖孔過程在操作人進(jìn)行其他操作時完成，且沖孔過程用時需要15 秒，整個工位操作時間包括上料、下料僅150 秒，小于設(shè)計目標(biāo)的160 秒，滿足要求。

模擬確認(rèn)后，隨即安排制作該沖孔工裝。

側(cè)圍沖孔工裝的應(yīng)用節(jié)省了模具設(shè)計制作費用約400 萬元，同時大大縮短了項目開發(fā)周期，為項目的推進(jìn)提供了有力支撐。

5 結(jié)論

本文介紹了一種簡單使用的的側(cè)圍自動化沖孔工裝，該工裝夾具占地面積小、生產(chǎn)效率高，使用壓縮空氣作為動力源，操作簡單，穩(wěn)定性好。通過此工裝，可以有效節(jié)省項目的開發(fā)周期和沖壓模具的投入成本，在汽車制造過程中，特別新產(chǎn)品開發(fā)時，工藝設(shè)計人員可靈活的采用此工裝來達(dá)到更好的工藝布局和產(chǎn)能設(shè)計。