沖壓工藝柔性化生產(chǎn)
——聯(lián)合安裝、半自動化和多工位的綜合應(yīng)用

文/朱剛·東風(fēng)(武漢)實業(yè)有限公司技術(shù)開發(fā)部

沖壓工藝柔性化生產(chǎn)
——聯(lián)合安裝、半自動化和多工位的綜合應(yīng)用

文/朱剛·東風(fēng)(武漢)實業(yè)有限公司技術(shù)開發(fā)部

朱剛，主管工程師。研究成果：聯(lián)合安裝已實現(xiàn)20多套模具的安裝，半自動化模具已有8個產(chǎn)品投入使用，20多個品種完成多工位的應(yīng)用。

單序沖壓設(shè)備通過采用聯(lián)合安裝、半自動化和多工位的綜合應(yīng)用能最大限度的優(yōu)化沖壓生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。

隨著中國沖壓工業(yè)的迅速發(fā)展，零部件企業(yè)面臨的競爭壓力日漸激烈。各沖壓件零部件企業(yè)利潤空間逐漸縮小，降低加工成本成為各企業(yè)的生存之道。柔性化生產(chǎn)是目前降低沖壓件加工成本的最有效手段之一。

目前，發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)設(shè)備精良、自動化程度高，模具零件制造實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，已經(jīng)達(dá)到了一個零件對應(yīng)一套模具一個沖次的全自動化出件的水平。然而，當(dāng)今中國的大部分企業(yè)仍然還是采用傳統(tǒng)的沖壓工藝，即人工生產(chǎn)線按照一模一序的生產(chǎn)方式生產(chǎn)零件。針對目前中國大部分企業(yè)所采用的單序沖壓設(shè)備這種現(xiàn)狀，本文主要介紹如何采用柔性化工藝來降低生產(chǎn)成本。

聯(lián)合安裝

已開發(fā)工裝模具的產(chǎn)品首先選擇聯(lián)合安裝的生產(chǎn)工藝來降低成本，提高生產(chǎn)效率。聯(lián)合安裝是指將2套或者幾套模具同時安裝在一臺設(shè)備上面（圖1），實現(xiàn)一次沖壓完成幾個工序的目的，從而大大提高設(shè)備的產(chǎn)能，節(jié)約人員和設(shè)備能耗，大大降低生產(chǎn)成本。圖2所示是2套模具聯(lián)合安裝的生產(chǎn)實際。

采用聯(lián)合安裝需要克服如下2個主要問題：

⑴保證模具的閉合高度一致。模具的閉合高度必須一致，以保證在沖床下死點時，所有工序模具到底。調(diào)整模具閉合高度的常用方法有增加墊片和模具上下面加工兩種。

⑵為多個模具增加相應(yīng)的平衡措施。由于2個或多個模具所需壓力不均衡，設(shè)備在下行過程中會導(dǎo)致滑塊受力不均勻而破壞設(shè)備。這就需要增加相應(yīng)的平衡措施保證滑塊受力均衡。調(diào)整受力不均衡的常用手段有在模具上增加氮氣缸或彈簧和在設(shè)備上使用緩沖缸兩種。

圖1 2套模具聯(lián)合安裝圖

圖2 2套模具聯(lián)合安裝生產(chǎn)圖

半自動化

由于模具尺寸和閉合高度的限制，很多已開發(fā)模具無法實現(xiàn)聯(lián)合安裝，此時可以對模具進(jìn)行半自動化改造。此處所說的半自動化是指對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到自動取料的一種生產(chǎn)工藝。此種半自動化生產(chǎn)工藝每工序可以減少一個人工投入，同時可以降低生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率。

模具的半自動化取料機(jī)構(gòu)常用的方式有如下3種：

⑴氣動頂出機(jī)構(gòu)。模具內(nèi)部設(shè)計頂出氣缸，工作的時候模具氣缸和氣源連接在一起，沖壓完成之后滑塊上升過程中通過氣閥控制頂出機(jī)構(gòu)將零件頂出，零件掉落之后氣閥控制頂出機(jī)構(gòu)回位。氣閥可以通過送料人員手工操作或設(shè)備增加電控程序自動控制切換來完成送料裝置的頂出和退回循環(huán)。圖3、圖4、圖5和圖6分別為中支柱里板OP10、OP20、OP30和OP40的氣動頂出機(jī)構(gòu)簡圖。

⑵液動頂出零件。模具內(nèi)部安裝一套小型的液壓系統(tǒng)，當(dāng)模具完成沖壓之后，滑塊上行到一定的位置觸發(fā)微動開關(guān)，微動開關(guān)使模具內(nèi)部的液壓系統(tǒng)開始工作，頂出液壓缸，液壓缸帶動頂出裝置將零件頂出?；瑝K下滑的過程中再次觸動微動開關(guān)，微動開關(guān)控制模具內(nèi)部的液壓系統(tǒng)縮回液壓缸，從 而帶動頂出裝置復(fù)位。

⑶利用杠桿頂出零件。在模具進(jìn)料方向設(shè)計一個杠桿，沖壓完成滑塊上行到一定高度時，由進(jìn)料方向的操作人員按下杠桿一端，杠桿另一端把零件頂出模具型腔，隨后操作人員抬起杠桿，另一端就會退回模具內(nèi)部進(jìn)行下一次沖壓。

圖3 中支柱里板OP10拉延序氣動頂出機(jī)構(gòu)

圖4 中支柱里板OP20修邊沖孔序氣動頂出機(jī)構(gòu)

圖5 中支柱里板OP30整形翻孔序氣動頂出機(jī)構(gòu)

圖6 中支柱里板OP40修邊沖孔序氣動頂出機(jī)構(gòu)

半自動化沖壓工藝雖然有很大的優(yōu)點，但是也有不少限制條件。首先，不能處理薄板零件。薄板零件在頂出的過程中可能會變形，在下滑到傳送帶的過程中也可能會被碰撞變形、彎曲等，使零件產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。其次，對于像后地板、輪罩等大型零件和拉延深度很深的反拉延零件也不能采用半自動化沖壓工藝。因為半自動化模具結(jié)構(gòu)頂出高度有限，大型零件被頂出并且滑下模具的高度可能大于下模高度，這樣自動頂出的功能就實現(xiàn)不了了。同理，反拉延深的零件也因為頂出高度限制的問題不能采用半自動化沖壓工藝。因此，在進(jìn)行加工前，工作人員需要對模具結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品特性作充分的分析，對符合條件的產(chǎn)品采用半自動化沖壓工藝，提高生產(chǎn)效率。

多工位

對于新開發(fā)產(chǎn)品的模具設(shè)計可以選用多工位工藝。本文所述多工位工藝是指將一個需要多道工序完成的沖壓制件合并在一套模具上完成。與傳統(tǒng)工藝相比，多工位不僅可以節(jié)省沖壓沖次，還可以節(jié)約模具制造成本。

多工位工藝應(yīng)用的主要難點在模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計上。主要有以下幾個方面：⑴多工位模具大部分排廢料行程較大，所需空間大，會導(dǎo)致模具強度不好，需要克服模具空開量大的情況下保證模具強度的問題；⑵多工位模具大部分都面臨著模具受力不均衡的問題，需要采取相應(yīng)措施解決模具受力的不均衡性；⑶多工位模具工序多，部分模具結(jié)構(gòu)受到不同方向的側(cè)向力，模具整體防側(cè)向力需考慮周全，保證防側(cè)向力的結(jié)構(gòu)不漏項需要較為周全的會簽校對。以下圖7為2工位簡圖，圖8為3工位簡圖，圖9為4工位簡圖。

多工位模具結(jié)構(gòu)設(shè)計一般一套模具由一個設(shè)計員設(shè)計，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜內(nèi)容多，設(shè)計周期會比設(shè)計單套模具長不少，在工裝開發(fā)周期緊張的情況下需要重點管控。多工位生產(chǎn)手工操作，由于人多手雜，安全隱患一定要消除。首先，設(shè)備需要有多個串聯(lián)的雙手按鈕確保操作人員每人一個雙手按鈕，只有當(dāng)所有人員同時按雙手按鈕時設(shè)備才能正常工作，保證設(shè)備工作時所有人員遠(yuǎn)離模具工作區(qū)。同時增加光電保護(hù)裝置，當(dāng)有人超越安全保護(hù)區(qū)時設(shè)備自動停止，起到雙重保險的作用。

多工位工藝的實現(xiàn)要比單工序工藝繁瑣，但是只要穩(wěn)步探索、靈活應(yīng)用，對沖壓加工成本的管控就會有一個質(zhì)的飛躍。

圖7 A柱里板下部整形翻孔序+修邊沖孔側(cè)沖孔分離序2工位模

圖8 A柱里板上部修邊側(cè)修邊沖孔序+修邊側(cè)修邊沖孔側(cè)沖孔序+翻邊整形分離序3工位模

圖9 B柱下加強板修邊序+側(cè)整形序+修邊沖孔側(cè)沖孔序+分離序4工位模

結(jié)束語

當(dāng)今中國的沖壓制造業(yè)正快速成長，逐步向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和全自動化靠近。中國大部分中、小型企業(yè)還是采用較為落后的單工序手動生產(chǎn)設(shè)備，已經(jīng)逐步失去競爭優(yōu)勢。全自動化聯(lián)合沖床的使用是一種發(fā)展趨勢，但是對大部分中、小型企來說還需要較長的過渡期，需要在較為落后的生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上尋求改造空間。本文提到的聯(lián)合安裝、半自動化和多工位生產(chǎn)工藝均是針對單工序手工生產(chǎn)設(shè)備，且能大幅度降低加工成本的措施。各企業(yè)可以根據(jù)自身的具體情況統(tǒng)籌運用這3種柔性化沖壓工藝，來控制加工成本。