模具自动化改造技术

1、 摘要:介绍了冲压手工生产线自动化改造中模具、模具接口、废料排出结构、板料检测传感器等方面的改造,并对改造的技术要求进行了说明,同时对自动化干涉曲线进行了分析。该改造有利于模具适应自动化生产节拍,保证自动化生产的连续性、安全性、高效性,增强自动化生产线的自动化程度。关键词:模具 自动化 改进中图分类号:TG305 文献标识码:B模具自动化改造技术奇瑞汽车股份有限公司 方 芳 李承璋 方孝安1 问题的提出随着冲压工艺和冲压工装的不断发展,国内汽车冲压行业发展日新月异。传统冲压手工生产线已经逐步被运行性能稳定、生产节拍高、工人劳动强度低、冲压件质量好的冲压自动化生产线所取代。表1为冲压自动化线与冲

2、压手工线性能对比。冲压手工生产线改造为冲压自动化生产线对模具以及附属结构要求越来越高,原有的部分模具已经不能配合自动化生产,跟不上冲压节拍。然而,冲压手工生产线改造成冲压自动化生产线影响生产节拍的因素较多,目前最大的瓶颈是模具,具体表现如下。a.模具定位销高度不够、数量缺少、R 角不匹配、自动顶料装置结构不合理等;b.模具对中槽、U型槽设计不合理,模具偏心,影响模具在移动工作台上面定位和自走式夹紧器自动夹紧;c.修边、冲孔的废料不能及时排出模具本体,出现废料孔堵塞和影响下次上料、自动化停线清理等情况;性能参数冲压手工生产线冲压自动化生产线d.缺少有料检测开关和板料到位检测传感器,或者传感器安装

3、不到位,造成下模内腔板料检测不到;e.缺少模具识别传感器。以上问题均对自动化生产造成一定的影响,需对模具以及附属装置进行改造。2 模具自动化改造工艺技术2.1 工艺要求制件旋转方向:冲压中心自动化生产线绕Y 轴±45°、绕X 轴±5°(X 轴方向为冲压件物流方向。合并件分切后,两件间距沿X 方向可扩大、缩小,其距离最大为300 mm,单件旋转±5°。2.2 模具对中槽技术要求a.模具对中槽采用宽28 mm、高20 mm贯穿式通槽设计。b.对中键长300 m m ,淬火硬度为3842 HRC,用沉头螺栓进行锁紧;对中键两侧面表面粗糙度为

4、R a 3.2 m,其余部位为R a 6.3 m。具体要求如图1。 图1 对中键槽加工工艺要求2.3 模具U型槽技术要求 (1数量:模具长度L 1 500 mm时,上、下模各68个U型槽;L <1 500 mm时,上、下模各46个U型槽。(2模具上模板夹紧器感应面粗糙度为R a 3.2 m。为保证感应到位,感应面宽度以夹紧器中心位置为中心,总宽大于或等于150 mm,具体规格要求如图2。(3上模U型槽厚度为65±1 mm,表面粗糙度为R a 6.3 m。(4模具空间结构应避开夹紧器。长、宽、高均需保证夹紧器的最大尺寸可自由移动,不出现干涉情况。U型槽更改结构形式如下:a.利用现

5、有位置直接加工U型槽;b.将原位置U型槽更改为新位置U型槽;c.利用现有位置,铣加强筋,改造为新的U 型槽;d.利用模具快速定位处加工改造对中槽。如果U型槽的强度不够,U型槽的更改影响模具强度,可通过辅助措施保证模具的强度,如在上模增加整体垫板来提高U型槽强度。2.4 模具废料处理在自动化生产线改造过程中,模具改造难点之一是模具的废料排出问题,因为自动化生产方式对模具废料的顺利排出要求更高。下面介绍几种较为常见的图2 模具U型槽工艺要求 靠自重顺利下滑。b.在废料滑道上增加一些辅助机构,较为常见的有轮滚、圆钢棒、滚珠、滤油网板等(如图4。(2采用强制排料方式强制排料方式也是自动化线模具改造中惯

6、用的一种方法(如表2。模具废料排出的改进方式。(1废料滑道的改造a.增大废料滑道的倾斜角度是首选方法(如图3。在模具结构许可的条件下,尽可能增大废料滑道的倾斜角度N。一般,N40°就基本能保证废料依图3 废料滑道的倾斜角度图4 在废料滑道中增加轮滚机构方案一方案二方案三实例1:某车型左右侧围OP30废料排出不畅,堆积严重。原因分析:空间狭小,导致废料滑板角度小,无法抬高,排料困难。另外,缺少二级滑料板,废料无法排出机床。解决方案:最大限度抬高滑板角度,在废料滑板上安装网纹板,减小废料下滑阻力,增加二级滑板(如图5。实例2:某车型左右侧围OP20废料排出不能顺利下滑。原因分析:设计时两

7、块废料刀刀背相对,直接导致废料搭在废料刀上不下滑。解决方案:增加氮气缸形式的顶料装置,将废料顶出模具。为防止顶料销把废料顶到模具型腔内,上模刀块上加两个压料装置,上模下行时压料装置压到废料,这样就阻止了顶料销将废料顶到模具型腔内(如图6。图5 增加二级滑板 2.5 模具定位导向处理模具定位销布置紧凑,定位销高度适中,R 角导向准确,这样才能确保自动化传输装置将板料顺利放到模腔里面;下模顶料装置顶起高度15 mm,顶起后必须保证冲压件的位置精度,确保自动化机械能正常抓取。模具上气路接头统一改为靠近气源侧。改造气路时应尽量利用模具上原有减重孔,如无法利用可在模具下底面合适的位置开槽。2.6 其他影

8、响因素自动化上料装置与模具本体干涉、模具偏心、模具超宽等问题,都会影响自动化线生产。实例1:某车型左侧围外板机械手与上模斜锲干涉。原因分析:根据公司经验算法,计算每序差值(D =开口高度-制件高度-300>0,OP40为-135 mm,与实际要求D >0相差较大。主要原因是右边斜锲高度突出,占用模腔开口空间,导致机械手与上模斜锲干涉,无法进行自动化生产。解决方案如下。方案一:转线生产,保证D >0,机械手能够顺利进入模腔放件。方案二:转手工生产线生产。实例2:某车型发动机罩外板OP50工序,模具前后方向偏心较大,机械手放件不到位。原因分析:调试中发现OP50模具使用时,制件相

9、对工作台位置与前序有较大差距,机械手X方向达到极限位仍不能将制件放置到位,初步测量相差近110 mm,导致无法在自动化生产线上生产。图6 增加顶料销解决方案如下。方案一:更改模具,重开模具Y方向中心槽;方案二:更改下模垫板中心槽;方案三:手工生产或转线生产。3 模具自动化改造电气规范要求3.1 传感器的布置(1位置a.模具传感器布置在模具的下模中,并尽可能按对角放置(注意不得与废料槽干涉;b.OP10投入检测开关安装在模具相邻两边对角线位置,安装必须牢固可靠,每件2个,相距尽可能远(如图7;c.OP20传感器(接近开关安装必须牢固可靠,一般布置在零件的最低点处,并且是非孔平面。安装支架用不小于

10、2.3 mm厚钢板,结构形式如图8。(2数量a.模具1次行程冲压1件时,在1副模具中至少布置2个传感器(如图7;b.模具1次行程冲压不相连的两件时,在1副模具中至少布置4个传感器,每个零件至少布置2个传感器(如图9a;c.模具1次行程冲压相连的两件时,在1副模具中至少布置2个传感器,每个零件至少布置1个传感器(如图9b。 3.2 传感器电气部分针对压力机本身提供的不同电源,使用不同的标准。(1冲压线压力机只提供110 V交流两线制电源。图7 单件OP10投入检测开关布置图及其结构简图 图8 单件OP20到位检测传感器布置图及其结构简图 (b左/右前门外板(a左/右后门内板图9 成双件OP10投

11、入检测开关布置图及其结构简图传感器:建议选用E2E-X7T1(Omron或Bi5-M18-AZ3X(Turck,交直流通用型。模具与压力机电气接口:模具上用NCS-255-R (七星科学,加上防护盖NCS-25-RCa。端子转接盒建议选用三住JBX100,该端子转接盒有5个端子接点,没有模具识别功能(如图10。制件的工艺路线不同,端子转接盒安装位置不同。(2冲压线压力机能提供DC24 V电源。传感器:建议选用E2E-X7T1(Omron或Bi5-M18-AZ3X(Turck,交直流通用型。模具与压力机电气接口:模具上用NCS-4016-R,加上防护盖NCS-40-RCa,每条线提供10个与之匹

12、配的插座NCS-4016-P。端子转接盒建议选用三住JBX160,该端子转接盒有12个端子接点(如图11。为实现模具识辨功能,另需增加4个端子接点,分两层布置。 图10 5针模具传感器接线布置图生 P R O D U C T I O 产 N 装 E 备 Q U I P M E N T 图11 16针模具传感器接线布置图 4 自动化干涉曲线分析 （1）当压力机单次运行时，主要根据模具的净 开口高度是否满足要求进行干涉分析，如图12。 保证机械手顺利上下料，即机械手最上端与上模 最下端间距30 mm，机械手上零件最低点与下模的 最高点间距30 mm。满足以上两个条件，零件能顺 利从设备中取出，没有

13、干涉。 模具净开口高度要求： 干涉检查时，把干涉曲线放入某零件模具中，上 模最低端距离干涉曲线25 mm以上不会干涉，下模最 高端距离干涉曲线30 mm以下不会干涉，如图14。 C B +F +E +60 （1） 式中，B 为制件高度；F 为机械手厚度；E 为冲压件与 机械臂之间距离，最小50 mm，最大150 mm。 （2）当压力机连续运行时，主要根据干涉曲线 进行干涉分析，如图13。 图12 压力机单次运行干涉分析 图13 压力机连续运行干涉分析 56 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 2011年第6期 生 P R O D U C T I O 产 N 装 E 备 Q U I P

14、 M E N T （a） （b） （c） 图14 压力机连续运行干涉曲线分析实例 （d） AT &M 征稿启事 汽车工艺与材料杂志创刊于1986年，是由中国汽车工程学会和长春汽车材料研究所共同主办的国内、外公开发行的 汽车制造类月刊，依托中国最大的汽车技术研究中心的强力资源，全面报道汽车先进制造工艺与材料应用的专业性杂志。 汽车工艺与材料杂志始终致力于汽车制造新技术的开发（如汽车制造领域中的四大工艺）、新材料的研究应 用、加工技术、生产装备、检测技术、数字化模拟技术及生产管理等方面的报道。努力为汽车及零部件生产中各门类的 决策者及研究开发人员提供更好、更快、更节约成本的汽车行业发展动态信息，为其适应国内与国际激烈的汽车生产市 场竞争提供有效的帮助。 汽车工艺与材料杂志关注领先的整车及零部件企业和材料、装备等供应商。每期的汽车工艺与材料杂志 将及时报道汽车行业最新的设计、制造、材料、加工技术、生产装备、检测技术等方面的成功案例。 主要栏目：AT&M视界、生产现场、材料应用、生产装备、检测技术