開卷側(cè)出料落料模生產(chǎn)性與安全性的提高

文/黃春暉·北京現(xiàn)代汽車有限公司

開卷側(cè)出料落料模生產(chǎn)性與安全性的提高

文/黃春暉·北京現(xiàn)代汽車有限公司

控制落料模側(cè)出料的彈出速度使其達到一個恒定速度，同時穩(wěn)定彈出后的運行軌跡，并對碼垛工裝進行改善，可使落料模SPM值比原來高出140%，有效地提高了落料模的生產(chǎn)性以及生產(chǎn)時操作人員的安全性。

沖壓是汽車生產(chǎn)中四大工藝之首，汽車制造中有60%～70%的金屬零部件需經(jīng)塑性加工成形，沖壓加工是完成金屬塑性成形的一種重要手段，是最基本、最傳統(tǒng)、最重要的金屬加工方法之一。沖壓工件的制造工藝水平及質(zhì)量在較大程度上對汽車制造質(zhì)量和成本有著直接的影響。作為沖壓工藝首道工序的開卷，主要是把原材料依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格，切斷成最適合的尺寸供應(yīng)到?jīng)_壓線上的加工工序，包括卷料開卷、校平、落料和堆垛，如圖1所示。

北京現(xiàn)代汽車有限公司（以下簡稱北京現(xiàn)代）在年產(chǎn)5萬臺到30萬臺的發(fā)展過程中，生產(chǎn)效率的提高一直作為組織生產(chǎn)的重要課題之一，而實際生產(chǎn)中SPM值是衡量生產(chǎn)效率高低的重要指標。開卷線壓機公稱壓力為500t，SPM值設(shè)計為80次/min。實際生產(chǎn)過程中，因制件種類不同、毛坯料節(jié)距和落料模模具結(jié)構(gòu)不同，實際SPM值為11～45次/min不等。

圖1 開卷工序

開卷側(cè)出料的重要性

某車型側(cè)圍前部上內(nèi)板加強板毛坯形狀不規(guī)則，排樣為直對排式（圖2a），與直排式（圖2b）相比，此種排布方式可以減少廢料，降低沖壓件的制造成本，且此種出料方式可大大提高生產(chǎn)效率。與直對排式的毛坯排布方式相對應(yīng)的落料模出料方式需含側(cè)出料，即毛坯料落料后前出料皮帶傳送后由堆垛機自動堆垛，側(cè)出料堆垛經(jīng)過側(cè)出料滑料平臺由人工碼垛，如圖3所示。在落料后側(cè)出料過程中，側(cè)圍前部上內(nèi)板加強板毛坯料為異形件，若單純提高機床速度，則側(cè)出料彈出后在滑落過程中重心不穩(wěn)，毛坯料運行軌跡不定堆垛不齊，導(dǎo)致后續(xù)沖壓線生產(chǎn)時，磁力分料器無法分料。同時，不穩(wěn)定的出料軌跡使得碼垛人員操作變的尤為困難，碼垛人員需隨機對接料位置做出判斷，不但增加勞動強度且易造成人員劃傷，對于碼垛操作者也存在一定的安全隱患。

側(cè)出料推出結(jié)構(gòu)與問題分析

落料模下模設(shè)置一個兩位四通的換向閥，用作控制側(cè)出料氣缸氣路換向的行程開關(guān)，由安裝在上模對應(yīng)位置的換向閥控制塊觸發(fā)，如圖4所示。開卷落料模上模向下運動時，換向閥控制塊位置1與換向閥導(dǎo)輪接觸，導(dǎo)輪受壓力作用下繞支點1逆時針轉(zhuǎn)動，當接觸點到達位置2時，導(dǎo)輪恢復(fù)初始位置。落料后上模在上升過程中，位置2與導(dǎo)輪接觸后，導(dǎo)輪無法繞支點1順時針轉(zhuǎn)動，而是繞支點2順時針轉(zhuǎn)動，驅(qū)動閥桿移動換向，換向后氣缸活塞桿將側(cè)出毛坯料推出。到位置1處后，換向閥導(dǎo)輪與換向閥控制塊接觸點脫離，氣路再次換向，活塞桿收回復(fù)位。由此可見，落料后上模的運動速度，與氣缸活塞桿推料的速度緊密相關(guān)。

圖2 排樣方法

圖3 側(cè)出料及人工碼垛

圖4 兩位四通換向閥和換向閥控制塊

若機床運動速度快，則氣路換向速度快，氣缸活塞桿推料瞬間速度大，根據(jù)動量定理物體動量的增量等于它所受合外力的沖量。側(cè)出毛坯料受到的沖擊力大、運動速度快、運行軌跡不固定，人員接料就會困難，容易使人員受傷，或因人員來不及碼垛使毛坯料滑落造成廢品。若機床運動速度慢，則換向速度慢，側(cè)出毛坯料受到的沖擊力小、運動速度慢、運動軌跡也較易控制。而運動速度過慢，不但生產(chǎn)速率低，還會出現(xiàn)重料現(xiàn)象，即側(cè)出料還未從落料模中滑出，后續(xù)已向前送料，與側(cè)出料重疊，造成二次落料。重料不但對模具刃口造成較大傷害，還會出現(xiàn)大批不良產(chǎn)品，造成材料和人工成本的浪費。

側(cè)出料滑出過程跑偏原因分析

氣源不足或不穩(wěn)現(xiàn)象

側(cè)出毛坯料由一個推料氣缸的活塞桿頂出，完成毛坯料從模具內(nèi)的推出動作。落料模毛坯料側(cè)出需要氣源為管道壓縮空氣，壓縮空氣正常供氣時，氣壓應(yīng)保持在0.5～0.55MPa。從空壓站輸送到車間過程中，管路輸送距離長、彎頭多、存在垂直壓差以及管路跑冒等問題，會造成壓力衰減，導(dǎo)致輸送到車間的壓縮空氣實際氣壓約為0.48MPa。壓力衰減導(dǎo)致氣源壓力不足或不穩(wěn)，造成出料動作緩慢或彈出速度大小不均，致使毛坯料不能按照設(shè)計路線出料。

擋鐵導(dǎo)向作用差

圖5 毛坯料重心位置

該品種毛坯料輪廓不規(guī)則，重心位置如圖5所示。氣缸推料活塞桿作用于側(cè)出毛坯料時，毛坯單側(cè)受力，力的作用線不通過重心，推力相對重心力臂為205mm，產(chǎn)生一個額外的扭矩。該扭矩使得毛坯受扭矩作用后圍繞重心旋轉(zhuǎn)，為約束毛坯旋轉(zhuǎn)運動趨向，模具上設(shè)置了一塊擋鐵，對毛坯料側(cè)出時側(cè)向位置起到導(dǎo)向作用。在約束側(cè)出坯料旋轉(zhuǎn)趨向的同時，擋鐵不能干涉落料模沖裁向前送料，因此擋鐵只能略高于模具托料板平面。在生產(chǎn)速度較快時，側(cè)出毛坯料被氣缸彈出速度快，?；翐蹊F上方，擋鐵無法起到約束作用（如圖6所示），只能降速生產(chǎn)。

圖6 擋鐵、托料板和毛坯料的相對位置

在生產(chǎn)速度較低的情況下，毛坯料滑到擋鐵上方的幾率降低。但由于臨近擋鐵的毛坯輪廓不與擋鐵平行，在出料過程中，輪廓R角位置處與擋鐵干涉撞擊（圖7），毛坯料側(cè)出過程中二次受力改變方向，影響到其出料軌跡。

側(cè)出料滑料平臺缺陷

側(cè)出料從模具中滑出后經(jīng)過滑料平臺，滑料平臺有五條導(dǎo)料滑軌，共有300個滾輪。導(dǎo)料滑軌平面度不一致，若干滾輪轉(zhuǎn)動不靈活，毛坯下滑時所經(jīng)過的滾輪轉(zhuǎn)速不同，也會影響毛坯料運行速度及軌跡。為了保證側(cè)出毛坯料軌跡穩(wěn)定，方便操作人員碼垛，同時兼顧碼垛人員人身安全，不得不降低該落料模的生產(chǎn)速度。

圖7 擋鐵與R角相對位置示意圖

開卷側(cè)出料落料模及碼垛工裝改進

穩(wěn)定側(cè)出料推料氣缸氣源

落料模推料氣缸所需氣源為間斷式，在側(cè)出料頂出毛坯料及推料活塞桿收回時需要氣源。活塞桿頂出毛坯時，氣缸需要足夠的氣源壓力供給才能完成頂出動作。為了保證穩(wěn)定的氣源壓力，在推料活塞桿氣缸前增加一儲氣罐，如圖8所示。

測量模具現(xiàn)有可安裝的位置大小，擬設(shè)計并制作一個規(guī)格為100mm×150mm的儲氣罐，核算其是否能達到使用要求。設(shè)車間氣壓正常時壓力為P（已知），氣壓不足時壓力值為P’，經(jīng)過計算P’遠低于P，可見儲氣罐可符合使用要求。安裝儲氣罐后，可以使推料氣缸獲得穩(wěn)定的氣源供給。在儲氣罐端面和弧形面上各開一個孔，一個為進氣孔，一個為出氣孔，利用儲氣罐的有限體積穩(wěn)定氣壓。增加儲氣罐后，推料氣缸動作連續(xù)、一致，推力穩(wěn)定，既為側(cè)出料穩(wěn)定軌跡提供保障，又有效避免了重料現(xiàn)象。

側(cè)出料導(dǎo)向結(jié)構(gòu)改進

擋鐵在毛坯料側(cè)出料的過程中，并不能產(chǎn)生設(shè)計預(yù)期的導(dǎo)向作用，還會在毛坯料滑出過程中形成干涉，故決定拆卸該擋鐵。擋鐵被拆卸后，側(cè)出料方向無導(dǎo)向約束，毛坯料被氣缸活塞桿彈出后，在扭矩和摩擦力作用下，在旋轉(zhuǎn)同時發(fā)生側(cè)移，如圖9所示，不能正常出料。出料軌跡的不確定，給人工碼垛造成極大困難，碼垛人員需隨機判斷毛坯料軌跡，不但碼料勞動強度大，危險性高，還易發(fā)生劃傷人員的安全事故，故設(shè)計增加一個定位銷。

圖8 推料活塞桿氣缸儲氣罐

定位銷的作用是使毛坯在模具上能夠正確定位，毛坯在模具中的定位包括兩個方面：一是送料方向上的定位，用來控制送料的進距，通常稱為擋料；二是與送料方向垂直方向上的定位，用來保證毛坯在模具中的方位，通常稱為送進，此處屬第二種定位。在模具落料后氣缸彈出前，毛坯料在送料方向上受定位銷的作用保持位置恒定，又在其側(cè)出料時彈出瞬間方向確定，提高了生產(chǎn)過程中側(cè)出料毛坯在被氣缸推出前的穩(wěn)定性。綜合考慮毛坯料輪廓和其出料運動方向，將定位銷的位置選擇在靠近推料氣缸附近，此處毛坯料的邊與其側(cè)出料方向平行，如圖10所示。

圖10 定位銷位置的確定

若定位銷安裝在下模會干涉送料，故安裝在上模卸料板處。定位銷具體安裝位置，從模具上1、2、3位置中進行篩選。其中，位置1處，上模處無卸料板，無法安裝；位置3處，距離氣缸太近，推料活塞桿將料推出時，對側(cè)出毛坯料的方向約束作用不大；最終將定位銷安裝位置確定于2處，既能定位側(cè)出料，又不干涉送料。下模托料板平面距離下模座130mm，當上模落料運行到下死點時，定位銷不能與下模座干涉，故制作L為125mm、φ為10mm的定位銷，選材45鋼。在上模卸料板處打孔攻絲，與定位銷采用螺紋連接，方便拆卸。同時，在下模相應(yīng)位置打出直徑φ20mm的通孔，允許定位銷通過，且上下模閉合時無干涉。安裝定位銷后，側(cè)出毛坯料軌跡確定，提升機床速度使SPM值達到24次/min時，側(cè)出毛坯料從模具中滑出軌跡穩(wěn)定。由定位銷的磨損程度（圖11），可間接看出定位銷的擋料和導(dǎo)向作用。

圖11 定位銷因擋料和導(dǎo)向作用與側(cè)出料接觸磨損

側(cè)出料碼垛工裝改進

首先對滑料平臺進行檢修，更換運轉(zhuǎn)不靈活的滾輪，維修滑軌開焊處，使五條導(dǎo)料滑軌平面度調(diào)整保持一致，保證毛坯料在側(cè)出料滑料平臺上下滑過程中軌跡保持穩(wěn)定。經(jīng)過以上改進后，側(cè)出毛坯料能夠以穩(wěn)定的軌跡出料，可以提速生產(chǎn)。可是提高機床SPM值后，人工碼垛勞動強度加大，長時間的生產(chǎn)，易使操作人員疲勞，發(fā)生人員劃傷現(xiàn)象，存在一定的危險性。于是，對側(cè)出料碼垛工裝進行二次改善，設(shè)計并制作側(cè)出料自動碼垛工裝，側(cè)出毛坯料通過滑料平臺的導(dǎo)料滑軌，碰到彈性擋板后，落入側(cè)出料工裝內(nèi)，利用工裝四周的碼料擋板使毛坯自動碼在落料托盤上，杜絕人工碼料存在的安全隱患，同時節(jié)省了人力。

結(jié)束語

通過增加開卷側(cè)出料落料模氣源穩(wěn)定裝置和側(cè)出料導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的改進，以及側(cè)出料碼料工裝的改善，側(cè)出毛坯料彈出速度恒定，出料軌跡穩(wěn)定，生產(chǎn)效率大大提高。改進前，SPM為10～15次/min。改進后，機床SPM速度調(diào)至24次/min生產(chǎn)正常，降低了操作人員的勞動強度與生產(chǎn)成本。本次改進在提高生產(chǎn)性的同時，還消除了生產(chǎn)過程中存在的安全隱患，安全性也有了很大提高。