基于生產(chǎn)中易發(fā)問(wèn)題的多工位模具設(shè)計(jì)優(yōu)化

文/杜亮，高宇震，張應(yīng)生，秦亞浩·長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心

多工位模具以自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率大大高于普通沖壓模具而受到各大汽車生產(chǎn)廠家的青睞，得以在汽車沖壓件生產(chǎn)中大量應(yīng)用。但由于多工位模具的生產(chǎn)頻次高、結(jié)構(gòu)更緊湊，造成在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生制件托起、抓取困難，模具使用、操作不便等問(wèn)題。這些問(wèn)題如果能夠在模具設(shè)計(jì)時(shí)提前進(jìn)行規(guī)避，將給后期的調(diào)試生產(chǎn)工作帶來(lái)很大的便利。

多工位模具設(shè)計(jì)的主要參數(shù)

由于多工位模具的普及使用，設(shè)計(jì)者已對(duì)模具有了一定的了解，這里不再贅述多工位模具的工作原理，只對(duì)本文涉及到的幾個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行介紹。

橫梁間距

橫梁的作用是將工件由一個(gè)工位傳遞至下一工位。多工位機(jī)床兩條橫梁的間距通常是在一定數(shù)值范圍內(nèi)無(wú)級(jí)可調(diào)的（圖1中的L）。生產(chǎn)時(shí)如橫梁間距過(guò)小，橫梁與模具發(fā)生干涉的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增高。如橫梁間距過(guò)大，橫梁上安裝的抓手會(huì)過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致制件顫動(dòng)，影響抓件穩(wěn)定性及效率。因此模具使用廠家一般會(huì)設(shè)置一個(gè)橫梁間距的最大值、最小值，模具設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合此數(shù)值確定模具尺寸。

送料高度

送料高度即為機(jī)床工作臺(tái)的上表面至工件最高點(diǎn)的距離。由于多工位機(jī)床使用同一橫梁送件，因此要求各工位模具的送料高度一致。設(shè)計(jì)時(shí)需注意，如下模帶有托件裝置，送料高度需包括托件裝置。同時(shí)，為便于模具裝卸，通常多套模具會(huì)設(shè)置在同一墊板上，設(shè)計(jì)模具時(shí)需保證下模厚度+墊板厚度滿足送料高度一致的要求。

圖1 多工位機(jī)床

閉合高度

閉合高度是指模具合模到底后的高度。多工位機(jī)床是多套模具在同一工作臺(tái)上安裝生產(chǎn)，因此需要模具的閉合高度保持一致。由于模具調(diào)試完成后閉合高度往往與設(shè)計(jì)數(shù)值存在差異，通常做法為在上模設(shè)置5mm的調(diào)整量，調(diào)試完成后將模具同時(shí)加工為等高度。

傳送行程

傳送行程是指制件從前序送到后工序橫梁行走的距離（圖2中F的長(zhǎng)度），即相鄰兩工位的中心間距，也叫步距。多工位機(jī)床根據(jù)行程的不同通常分為5、6、7工位，工位的確定要綜合考慮生產(chǎn)效率及線體節(jié)拍的一致性。傳送行程約束了模具的最大寬度尺寸。

圖2 多工位模具

結(jié)合實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合在多工位模具生產(chǎn)中易發(fā)的典型問(wèn)題（多數(shù)為對(duì)多工位模具的特性考慮不周），有助于了解多工位模具的特性，對(duì)模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)有很好的幫助。

問(wèn)題一

圖3 多工位拉深模

多工位拉深模具（圖3）的托起裝置使用氣缸為力源，模具設(shè)計(jì)時(shí)將兩個(gè)氣缸設(shè)計(jì)為串聯(lián)形式，實(shí)際生產(chǎn)中托起裝置不同步，抓手無(wú)法抓取制件。

原因分析：普通沖壓模具如果使用氣路系統(tǒng)，多采用由一個(gè)進(jìn)氣閥門(mén)控制的串聯(lián)氣路系統(tǒng)，而串聯(lián)氣路由于氣缸距離進(jìn)氣閥門(mén)的遠(yuǎn)近不同，會(huì)造成頂起不同步的問(wèn)題發(fā)生，這個(gè)問(wèn)題對(duì)普通沖壓模具無(wú)影響，但多工位模具多使用夾鉗或托鏟取送件，且生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于普通沖壓模具，因此制件頂起不同步會(huì)造成抓手抓件困難，影響生產(chǎn)效率。

解決方法：將兩個(gè)氣缸改為并聯(lián)方式，每個(gè)氣缸由單獨(dú)氣路控制，通過(guò)調(diào)整進(jìn)氣量使兩個(gè)氣缸保證頂起的同步。

總結(jié)：圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件備料時(shí)，保證氣路中每個(gè)氣缸的進(jìn)氣量是單獨(dú)可調(diào)的，可以在氣路系統(tǒng)中使用帶調(diào)節(jié)閥的分氣塊組件以達(dá)到單獨(dú)調(diào)整的目的。

問(wèn)題二

某梁類件（圖4），靠型面定位，生產(chǎn)中制件竄動(dòng)，造成沖孔精度超差。

圖4 梁類件

原因分析：從數(shù)模上分析，制件棱線清晰，產(chǎn)品特征明顯，長(zhǎng)度方向可以符型定位。但實(shí)際生產(chǎn)中制件是由抓手放置在托起塊上，托起塊型面造型較少，不足以對(duì)制件進(jìn)行準(zhǔn)確定位。當(dāng)托起塊落下制件覆蓋在凸模上時(shí)，左右方向竄動(dòng)約2mm，影響沖孔精度。

解決方法：在托起塊位置增加一處定位銷（圖5），防止制件在左右方向上竄動(dòng)，確保沖孔精度。

圖5 安裝有定位銷的托起塊

總結(jié)：多工位梁類件設(shè)計(jì)時(shí)，制件最先與托料塊接觸，需考慮此時(shí)的定位情況，不能僅依據(jù)制件整體形狀確定定位形式。

問(wèn)題三

舉升器單側(cè)托起時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中顫抖嚴(yán)重，影響抓手取件（圖6）。

圖6 單側(cè)托起形式的舉升器組件

原因分析：舉升器設(shè)計(jì)為單側(cè)托起形式，由于符型塊自身重量及上模壓料銷的壓力，傳遞至符型塊處產(chǎn)生較大的力矩，從而導(dǎo)致符型塊發(fā)生輕微彈性變形。壓料銷脫離符型塊后，符型塊恢復(fù)原狀后發(fā)生顫動(dòng)，當(dāng)壓件頻率較快時(shí)，符型塊顫動(dòng)程度加大，影響制件的抓取。

解決方法：將相鄰的舉升器根部相連（圖7），增加托料裝置的穩(wěn)定性，減小托料架的變形，消除符型塊顫動(dòng)現(xiàn)象。

圖7 單側(cè)舉升器連接加固

總結(jié)：?jiǎn)蝹?cè)托起形式的舉升器由于受力不平衡，易發(fā)生卡滯、顫動(dòng)等問(wèn)題，在多工位模具設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免使用此類結(jié)構(gòu)。

問(wèn)題四

制件托起后中間塌陷，影響自動(dòng)化生產(chǎn)（圖8）。

原因分析：托料裝置位置設(shè)計(jì)不合理。雖然考慮了托料裝置位置與整個(gè)制件的平衡關(guān)系但沒(méi)有考慮制件中間部位連接較少，強(qiáng)度不足的問(wèn)題。

圖8 中間分切的制件

解決方法：將兩側(cè)的托料裝置連接起來(lái)，在中間位置增加一處符型塊，保證舉升的同步性（圖9）。

圖9 合理布置托起塊位置

總結(jié)：做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合本工序的工作內(nèi)容，設(shè)計(jì)托起塊的位置，同時(shí)工藝設(shè)計(jì)布置工序內(nèi)容時(shí)，也應(yīng)考慮多工位制件傳送方式的特殊性。

問(wèn)題五

一模兩件模具（圖10），制件分切后由于單個(gè)制件僅靠一端的抓手取件，導(dǎo)致制件無(wú)法順利抓取。

圖10 制件中間分切工序

原因分析：制件在本工序分切后一分為二，制件傳遞依然靠一端的抓手抓取，由于制件本身自重較大，制件重心與抓手距離較遠(yuǎn)，抓手的加持力無(wú)法滿足，當(dāng)生產(chǎn)效率較快時(shí)，發(fā)生取件困難的問(wèn)題。

解決方法：加大下模抓手讓位和橫梁夾緊行程，達(dá)到減小抓手夾緊力作用點(diǎn)與制件重心間距的目的，同時(shí)在抓手上增設(shè)夾持點(diǎn)，加大抓手的夾持力（圖11）。

圖11 增加抓手夾持力

總結(jié)：此問(wèn)題與上一問(wèn)題原理類似，當(dāng)制件長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，工藝設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮是否能夠避免分切工步，如不能避免，應(yīng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者溝通，提前做好隱患識(shí)別，避免后期影響模具生產(chǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

多工位模具的優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯，但也有許多普通沖壓模具上不具備的特殊問(wèn)題，這些問(wèn)題往往在模具試生產(chǎn)初期暴露出來(lái)，影響模具生產(chǎn)節(jié)拍的提升。只有將這些問(wèn)題在模具設(shè)計(jì)時(shí)期進(jìn)行有效的規(guī)避，才能減少模具試生產(chǎn)時(shí)期的工作量，保證生產(chǎn)效率，發(fā)揮多工位模具生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)。