沖壓模具自動化吸盤設(shè)計研討

龔玉祿

（長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

1 引言

當(dāng)前汽車市場，消費者對于汽車需求量依舊較大，對于各車企而言，搶占市場至關(guān)重要，除了新車型上市占領(lǐng)市場這一方法外，保證充足整車產(chǎn)量，滿足消費者購車需求量，是各車企穩(wěn)定的根本。為達(dá)到這一目的，當(dāng)期各整車廠均使用自動化設(shè)備，以提升制件生產(chǎn)效率，滿足整車生產(chǎn)需求。在沖壓自動化生產(chǎn)中，沖壓件在模具工序間的傳遞離不開自動化吸盤的大規(guī)模應(yīng)用。

2 吸盤工作原理

真空吸盤采用了真空原理，首先通過設(shè)備在吸盤內(nèi)部制造一個真空環(huán)境（這就需要吸盤具備良好的密封性能以及制件吸取部位的弧度），與此同時，吸盤外側(cè)仍處于大氣壓環(huán)境中，壓力未發(fā)生變化，吸盤外側(cè)的壓力明顯高于吸盤內(nèi)部，產(chǎn)生壓力差。由于吸盤內(nèi)部壓力低于外部，壓力差出現(xiàn)的壓力便由外向內(nèi)，吸盤對制件形成吸附。如圖1、圖2所示。

圖1 真空吸盤

圖2 真空吸盤類型

3 真空吸盤種類

真空吸盤主要應(yīng)用于制件的自動化生產(chǎn)過程，因吸盤需吸取的制件造型形式具有多樣化的特點，為更好的達(dá)到吸盤吸取制件，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的目的，真空吸盤種類具有多樣化的特點，具體如表1所示。

表1 真空吸盤種類及其特點

為保證最佳的成形狀態(tài)，在整車沖壓件生產(chǎn)過程中，會不同程度的對成形板料涂油處理，成形過程制件表面存在一定量油液。同時制件造型一般以外凸式圓弧樣式居多，并存在一定的高度差異。考慮到制件的造型特點及生產(chǎn)過程的特殊性，一般選用圓形波紋吸盤及橢圓形波紋吸盤進(jìn)行自動化生產(chǎn)。

4 吸盤布置原則

4.1 吸盤數(shù)量的確定

吸盤主要依靠其空系統(tǒng)的吸力來實現(xiàn)吸附制件，能否吸附制件與制件的重量、制件的表面狀態(tài)有關(guān)系。考慮現(xiàn)場調(diào)試及生產(chǎn)時人員的可操作性及自動化生產(chǎn)制件傳遞的穩(wěn)定性，吸盤的數(shù)據(jù)需要控制在合理值范圍內(nèi)，設(shè)計階段可依據(jù)公式計算，選擇合理吸盤的數(shù)量及其直徑。

設(shè)計時選用吸盤存在2種方式，第一種就是預(yù)先確定數(shù)量，根據(jù)數(shù)據(jù)計算所需吸盤的直徑；第二種就是已知吸盤直徑，確認(rèn)吸盤所需數(shù)量。下面針對這2種方法進(jìn)行說明。

首先，對吸盤數(shù)量及直徑公式進(jìn)行一下說明：

式中d——吸盤直徑，cm

g——制件重量，kg

a——安全系數(shù)，考慮到制件抓取傳遞過程中減少顫抖及變形及制件表面涂油，一般安全系數(shù)選3~5

p——真空度，一般為-0.4bar

n——吸盤數(shù)量

此處設(shè)定制件重量為10kg。

計算方式一：根據(jù)制件表面狀況及吸附空間，可選擇吸盤數(shù)據(jù)為8 個，代入到公式中得則，吸盤直徑為d≈3.97，即為4cm，故選擇8 個40mm 的吸盤即可滿足重量為10kg制件的自動化過程生產(chǎn)。

計算方式二：制件可布置吸盤空間尺寸有限，僅可容納3cm 的吸盤，將此數(shù)值代入公式中，則，計算得出吸盤數(shù)量n=13.9，故需14 個直徑為φ3cm 的吸盤可根據(jù)重量為10kg 制件的自動化過程生產(chǎn)。

4.2 吸盤位置的確定

工藝設(shè)計階段吸盤設(shè)計時，制件吸盤吸取位置的確定是至關(guān)重要的。制件的造型特點（如弧度、棱線特征等）、制件型面與自動化方向夾角、吸盤唇邊可彎曲變形程度等對吸盤的吸取性能存在較大影響，同時制件的精度、外觀狀態(tài)等在自動化生產(chǎn)中存在變化的可能性。為保證吸盤的最優(yōu)吸取性能，保證制件自動化生產(chǎn)狀態(tài)，制件選取吸取位置時應(yīng)遵循以下原則：

（1）優(yōu)選具備防側(cè)滑能力、可吸取復(fù)雜形狀制件的吸盤標(biāo)準(zhǔn)件。

（2）優(yōu)選有符型面的位置，且符型面比吸盤單邊大5mm。

（3）吸盤布置在工件平整位置，避免在造型、R角、設(shè)計棱形、轂位和容易產(chǎn)生制件缺陷部位，受限的情況需要驗證工件曲率半徑。

（4）吸盤數(shù)量需要考慮工件的重量及平衡，防止制件傳遞過程局部顫動變形。

典型制件布置位置如表2所示。

表2 典型制件位置布置

5 實際設(shè)計應(yīng)用

圖3所示為某車型全景天窗頂蓋外板，制件重量為7.678kg。該制件中間部位左右兩側(cè)制件寬度較小，重量主要集中于前后部。自動生產(chǎn)過程中，前后部由于重量較大，易受慣性影響而發(fā)生顫動現(xiàn)象，中間部位由于制件寬度較小，且存在棱線，直徑較大吸盤無法排布。結(jié)合以上制件特點，吸盤設(shè)計過程如下：

圖3 全景天窗頂蓋外板

（1）依據(jù)現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗及制件表面積，選取6個吸盤以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，代入吸盤計算公式，計算出所需吸盤的直徑為φ50mm。即使用6 個直徑為φ50mm的吸盤可保證該制件的自動化生產(chǎn)。

（2）在重量集中的前后部均勻排布4 個直徑φ50mm 的吸盤。而后測算中間部位型面尺寸不滿足φ50mm，無法排布直徑φ50mm的吸盤。

（3）若6個吸盤全部排布在前后部，則中間部位在自動化生產(chǎn)中存在下榻的可能，影響制件精度。故中間部位需安排其他尺寸吸盤。

（4）經(jīng)測量制件中間部位平面尺寸，發(fā)現(xiàn)可在靠前部位布置φ40mm 的吸盤、靠后位置排布φ20mm 的吸盤，左右對稱設(shè)計。

最終吸盤設(shè)計效果如圖4所示。

圖4 吸盤設(shè)計效果

經(jīng)現(xiàn)場自動化調(diào)試階段驗證，吸盤布置位置、數(shù)量及選取的尺寸滿足生產(chǎn)需求。

6 結(jié)語

生產(chǎn)節(jié)拍是影響自動化生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，吸盤的設(shè)計對于沖壓件生產(chǎn)節(jié)拍的影響是不言而喻的，故吸盤直接或間接著影響自動化生產(chǎn)效率。本文通過對自動化吸盤的選取、數(shù)量的確定、位置的排布3個方面的研討，發(fā)掘吸盤設(shè)計方法，找尋設(shè)計規(guī)律，可在日后制件工藝設(shè)計中提供一定幫助。