汽車覆蓋件沖壓高速生產(chǎn)模式下重點(diǎn)問題及方案

文／曲政，劉益成，孫勝偉·一汽-大眾汽車有限公司

沖壓高速生產(chǎn)線逐漸普及，高速生產(chǎn)帶來了低速生產(chǎn)下未曾關(guān)注到的多項新問題，在節(jié)拍提升過程中壓機(jī)、模具使用不當(dāng)將會導(dǎo)致模具和設(shè)備損傷，嚴(yán)重時產(chǎn)生損壞事故，新模具投產(chǎn)、新工廠使用時需要注意。

近年來隨著汽車覆蓋件沖壓壓機(jī)技術(shù)能力的發(fā)展，汽車覆蓋件的沖壓生產(chǎn)節(jié)拍有了巨大的提升，以2016年一汽-大眾沖壓中心投入使用的Schuler高速伺服生產(chǎn)線為例，壓機(jī)沖程比已經(jīng)達(dá)到1∶1，乘用車門外板類生產(chǎn)節(jié)拍已經(jīng)達(dá)到了每分鐘17次，鋁件模具普遍使用每分鐘15次的節(jié)拍生產(chǎn)，大型側(cè)圍類模具（包括C級車側(cè)圍）已經(jīng)可以使用每分鐘14次的節(jié)拍生產(chǎn)，這對沖壓的生產(chǎn)效率來講是巨大的飛躍。從近兩年新建設(shè)的沖壓廠房來看，國產(chǎn)高速線也已經(jīng)投入使用，沖壓高速生產(chǎn)線將會在汽車覆蓋件生產(chǎn)中逐漸普及。

壓機(jī)與模具在高節(jié)拍工作下出現(xiàn)了低節(jié)拍下未曾遇到的諸多新問題，本文將從模具接觸速度、模具可控氮?dú)飧坠?jié)拍、模具氣動類結(jié)構(gòu)角度設(shè)置三方面進(jìn)行介紹和解析，為后續(xù)使用高速線的工廠提供經(jīng)驗(yàn)參考。

模具接觸速度

圖1 DELMIA仿真界面

圖2 單臺壓機(jī)各階段速度點(diǎn)位及操作界面

高速伺服線除速度快的特點(diǎn)外，上滑塊在運(yùn)動過程中各階段的速度可以使用模擬軟件進(jìn)行全動態(tài)仿真（DELMIA仿真界面見圖1）進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2是控制單臺壓機(jī)各階段速度的操作界面，其中：D是滑塊下行減速點(diǎn)，T為上下模具的接觸點(diǎn)，P2為即將達(dá)到下死點(diǎn)前1mm點(diǎn)，P3為離開下死點(diǎn)后1mm點(diǎn)，B為上下模具脫開點(diǎn)，A為上行加速點(diǎn)。

如果模具在工作時使用壓機(jī)滿速度工作（Schuler壓機(jī)節(jié)拍可達(dá)到每分鐘22次），上下模具在接觸瞬間將產(chǎn)生巨大的沖擊，各類模具結(jié)構(gòu)由于高載荷沖擊，強(qiáng)度可靠性將產(chǎn)生隱患，模具部分工作部件壽命也將減少。其次壓機(jī)受到往復(fù)沖擊反作用力，長期運(yùn)行也會對壓機(jī)本身精度產(chǎn)生影響。因此在速度設(shè)置時，必須在上下模具接觸點(diǎn)以及之后的零件成形階段將速度設(shè)置慢，對空運(yùn)行（與成形無關(guān)且不損害模具）情況下速度設(shè)置快，這樣一來可以同時保證設(shè)備的高速運(yùn)行以及較小的沖擊。

這里以某車型四門窗框模具15次生產(chǎn)為例：某修邊沖孔序在工作時壓機(jī)底座振動峰值達(dá)到12000mg，滑塊振動峰值達(dá)到7900mg。壓機(jī)報警頻率高，制件毛刺缺陷體現(xiàn)頻繁。

圖3 優(yōu)化前后曲線關(guān)鍵點(diǎn)

經(jīng)分析，原曲線（圖3a）上下模具減速點(diǎn)距離下死點(diǎn)距離為200mm，接觸高度為距離下死點(diǎn)100 mm，接觸點(diǎn)T點(diǎn)瞬時節(jié)拍為15，P2為19，P3為19。這里面起決定性作用的是實(shí)際接觸點(diǎn)高度，實(shí)際測量值為120mm；在原曲線基礎(chǔ)上，保證整線節(jié)拍不受影響，將減速點(diǎn)提至220mm，將接觸點(diǎn)T高度更改為實(shí)際的120mm，同時將接觸節(jié)拍速度由15降至12，P2點(diǎn)由19降至13，P3由19降至16（圖3b），優(yōu)化后壓機(jī)底座振動峰值由12000mg降至5900mg，滑塊振動峰值由7900mg降至4400mg，前后實(shí)際效果對比見圖4。同時整線節(jié)拍雖然由17.1降至了16，但仍能保持15次的生產(chǎn)運(yùn)行。

模具可控氮?dú)飧坠?jié)拍

可控氮?dú)飧紫噍^于普通氮?dú)飧椎膮^(qū)別是：其活塞桿可以在底部位置鎖定，而活塞桿返回的時間可以通過壓縮空氣或者電氣信號進(jìn)行控制。這樣一來可控氮?dú)飧准饶芴峁┛煽氐膲毫狭Γ直苊饬酥萍尚魏髿飧醉敵鲈斐傻闹萍冃位蚱渌毕?。目前沖壓模具此結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于頂蓋天窗的翻邊整形，發(fā)罩外板、行李廂外板等模具的夾持翻邊。圖5為某頂蓋和某后蓋上外板可控氮?dú)飧捉Y(jié)構(gòu)實(shí)例。

圖4 優(yōu)化前后振動

圖5 可控氮?dú)飧讓?shí)例

圖6 可控氮?dú)飧鬃畲鬅嵋驍?shù)值

可控氮?dú)飧卓蛇_(dá)到的節(jié)拍是有限制的，如果不被關(guān)注或提前計算清楚，可控氮?dú)飧自诔?fù)荷節(jié)拍持續(xù)工作下將會發(fā)生損壞，影響制件質(zhì)量?？煽氐?dú)飧自跓o外接冷卻裝置以及有外接冷卻裝置時都有自己的最大熱因數(shù)限制，圖6為某品牌不同型號可控氮?dú)飧自谟袩o冷卻裝置下的最大熱因數(shù)值。實(shí)際生產(chǎn)時關(guān)注的是，該可控氣缸能達(dá)到的實(shí)際熱因數(shù)是多少，是否超出了理論的最大熱因數(shù)。實(shí)際熱因數(shù)的計算公式為：實(shí)際熱因數(shù)=節(jié)拍(沖程次數(shù)/分鐘)×活塞單次行程，當(dāng)實(shí)際熱因數(shù)小于不帶冷卻的最大熱因數(shù)時，氮?dú)飧卓梢圆唤尤肜鋮s進(jìn)行工作。當(dāng)實(shí)際熱因數(shù)大于不帶冷卻的最大熱因數(shù)時，氮?dú)飧资褂脮r需要外接冷卻裝置。當(dāng)實(shí)際熱因數(shù)大于冷卻條件下的最大熱因數(shù)時，氮?dú)飧讜霈F(xiàn)損壞，出現(xiàn)問題。

舉例子加以說明：⑴型號為2489.14.03000.060的可控氮?dú)飧?，行程?0mm，節(jié)拍為8次，則熱因數(shù)為480。該型號可控氮?dú)飧撞粠Ю鋮s的最大熱因數(shù)為380，帶冷卻的最大熱因數(shù)為1200，因此該氮?dú)飧兹绻怨?jié)拍8生產(chǎn)，使用時需要接入冷卻裝置；⑵某頂蓋使用的KF2489.14.05000.040.037可控氮?dú)飧?，在不帶冷卻裝置情況下的熱因數(shù)為360，行程為37mm，計算可達(dá)到的最大節(jié)拍為9.73次。這個計算是基于氮?dú)飧自谧畲髩毫Γ?50bar）下工作的，當(dāng)?shù)獨(dú)飧孜丛谧畲髩毫ο鹿ぷ鲿r，即氮?dú)飧壮錃鈮毫π∮?50bar，氮?dú)飧讓?shí)際工作的最大熱因數(shù)也等比例下降。仍以這個頂蓋使用的可控氮?dú)飧诪槔?，氮?dú)飧壮錃鈮毫?50Bar時，輸出最大力為5000daN，若氮?dú)飧讓?shí)際工作時只充90bar，實(shí)際輸出最大力則為3000daN，在90bar狀態(tài)下，此氮?dú)飧椎淖畲蠊?jié)拍為16.2次。

圖7 某翼子板旋轉(zhuǎn)斜楔示意圖

模具氣動類結(jié)構(gòu)角度設(shè)置

氣動結(jié)構(gòu)在大線生產(chǎn)過程中通過壓機(jī)氣源的控制，實(shí)現(xiàn)氣缸的運(yùn)動，進(jìn)而完成模具的具體動作（一般為斜楔）。氣缸動作的時間是基本不變的，而在高速生產(chǎn)模式下，壓機(jī)速度加快后，可能發(fā)生氣動動作還未完成，模具上模已經(jīng)到達(dá)下模工作位置，若未加留意或角度設(shè)置不當(dāng)，滑塊繼續(xù)下行，將造成嚴(yán)重的模具事故。

以某翼子板與發(fā)罩搭接處旋轉(zhuǎn)斜楔為例，旋轉(zhuǎn)斜楔靠圖7所示氣缸伸縮進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在正常低節(jié)拍情況下的工藝流程為：氣缸運(yùn)動→氣缸帶動旋轉(zhuǎn)斜楔工作到位→上模與下模接觸→翻邊斜楔進(jìn)行工作成形（圖8）。若節(jié)拍提升時旋轉(zhuǎn)斜楔尚未旋轉(zhuǎn)到位，上模便已經(jīng)開始驅(qū)動翻邊斜楔進(jìn)行工作時，則可想象模具翻邊斜楔將與旋轉(zhuǎn)斜楔撞擊，發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞事故。

針對以上問題，建議對氣動類模具進(jìn)行兩方面的設(shè)置：⑴氣動角度設(shè)置盡量增加余量，也就是在上滑塊下壓前，提前啟動氣動動作，使氣動動作有充分的運(yùn)動到位時間；⑵氣動到位傳感器必須在壓機(jī)中進(jìn)行設(shè)置并起作用，方便監(jiān)測運(yùn)動到位情況，一旦出現(xiàn)未到位，壓機(jī)上滑塊在某位置點(diǎn)需要緊急停臺，防止繼續(xù)下壓發(fā)生模具事故。

圖8 某翼子板翻邊工作示意圖

結(jié)束語

沖壓壓機(jī)技術(shù)不斷提升，生產(chǎn)節(jié)拍也隨之越來越快，高節(jié)拍帶來的新問題不容忽視，若不提前采取措施進(jìn)行預(yù)防，則有可能影響正常的生產(chǎn)秩序，模具接觸速度、模具可控氮?dú)飧?、模具氣動類結(jié)構(gòu)角度設(shè)置三方面問題是當(dāng)前高速生產(chǎn)線的重要關(guān)注點(diǎn)，希望為其他沖壓生產(chǎn)基地提供經(jīng)驗(yàn)參考。