基于大型高速汽車沖壓線模具生產(chǎn)調(diào)試策略探討

楊 律，劉志強(qiáng)，黃 維

（廣汽乘用車有限公司，廣東廣州 511434）

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展全面進(jìn)入快車道，汽車走進(jìn)千家萬戶。在拉動(dòng)內(nèi)需的背景下，中國(guó)成為世界上最大的汽車生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)也是世界最具潛力的汽車消費(fèi)市場(chǎng)。中國(guó)本土汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)過20多年高速的增長(zhǎng)，近年來，隨著汽車產(chǎn)品的不斷升級(jí)換代和消費(fèi)細(xì)分市場(chǎng)不斷完善，汽車消費(fèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈。堅(jiān)持降本、提質(zhì)、增效是整車制造企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的法寶。新車產(chǎn)品為了快速搶占市場(chǎng)份額，不斷壓縮上市周期，達(dá)成更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并且適應(yīng)產(chǎn)能迅速爬坡的需求，這離不開先進(jìn)生產(chǎn)制造工藝強(qiáng)有力的支撐。對(duì)沖壓生產(chǎn)而言，提升生產(chǎn)效率和保持制件品質(zhì)穩(wěn)定顯得尤為重要，因此越來越多的整車廠規(guī)劃導(dǎo)入了大型高速?zèng)_壓生產(chǎn)線。

大型汽車沖壓生產(chǎn)線壓力機(jī)主要有3種形式：機(jī)械式壓力機(jī)線、伺服式壓力機(jī)線和混合式壓力機(jī)線。沖壓線制件搬運(yùn)方式主要有3種：普通機(jī)器人自動(dòng)化線，橫桿式高速機(jī)械手線和伺服高速線等。本文研究基于雙臂式橫桿機(jī)械手搬運(yùn)方式的伺服壓力機(jī)線對(duì)模具工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和廠內(nèi)調(diào)試和提速生產(chǎn)的差異化策略方案。

2 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高速線模具設(shè)計(jì)的差異主要體現(xiàn)在制件搬運(yùn)方式對(duì)模具結(jié)構(gòu)的影響。普通自動(dòng)化線機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡可調(diào)，靈活度較高，對(duì)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束較?。欢咚?zèng)_壓線制件搬運(yùn)過程中，橫桿及端拾器軌跡按照設(shè)定好的軌跡運(yùn)動(dòng)，并且機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡和壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡存在某種規(guī)律的同步性，因此在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮橫桿及端拾器在運(yùn)動(dòng)過程中與模具沖壓過程的干涉。為了提升自動(dòng)化沖壓線節(jié)拍，節(jié)省模具現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間以及減少模具返修加工，在設(shè)計(jì)階段校核自動(dòng)化干涉曲線顯得尤為重要。

2.1 干涉曲線校核的對(duì)象

自動(dòng)化生產(chǎn)中，制件通過連接在橫桿上的端拾器從第一個(gè)工位搬運(yùn)到下一個(gè)工位，這一過程重復(fù)至最后一個(gè)工位。自動(dòng)化干涉曲線的校核是指端拾器在進(jìn)入、取件、放件和退出的整個(gè)過程，橫桿與上模、端拾器與下模、制件與下?？赡艽嬖诟缮娴娘L(fēng)險(xiǎn)。主要校核的工況包括以下4種工況：①上料手進(jìn)入過程與下模在同步運(yùn)動(dòng)中的干涉確認(rèn)；②上料手在退出過程與上模在同步運(yùn)動(dòng)中的干涉確認(rèn)；③下料手在進(jìn)入過程與上模在同步運(yùn)動(dòng)中的干涉確認(rèn)；④下料手在退出過程與下模在同步過程的干涉確認(rèn)。為了保證生產(chǎn)過程自動(dòng)化搬運(yùn)的準(zhǔn)確需要對(duì)每種工況的曲線單獨(dú)校核。

2.2 干涉曲線校核方法

本章節(jié)以門內(nèi)板沖壓生產(chǎn)中某一工序上料手干涉曲線校核為例，簡(jiǎn)單介紹干涉曲線校核方法。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)工序件成型深度和模具有效開口高度預(yù)選導(dǎo)入13SPM的干涉曲線進(jìn)行檢核。

（1）上料手進(jìn)入過程與下模干涉校核方法（見圖1）：顯示下模和干涉曲線，上料過程需要帶著板件進(jìn)入，在確認(rèn)運(yùn)動(dòng)過程最高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的時(shí)候通常選擇板件最低點(diǎn)及最遠(yuǎn)點(diǎn)，將干涉曲線基點(diǎn)分別定義在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位置，確認(rèn)上料手進(jìn)入曲線與下模最高點(diǎn)的最小距離。若最小距離≥30mm，滿足安全要求；若最小距離＜30mm，存在干涉風(fēng)險(xiǎn)，這種情況需要重新校核，可以選取SPM 更低的曲線進(jìn)行校核或者模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化后重新校核，只到滿足設(shè)計(jì)要求為止。

圖1 上料手與下模干涉校核（①為進(jìn)入曲線；②為退出曲線）

（2）上料手退出過程與下模干涉校核方法于上面校核方法一致，由于退出過程不帶制件，只需要將基準(zhǔn)點(diǎn)定于在端拾器最低點(diǎn)及最遠(yuǎn)點(diǎn)進(jìn)行校核即可。

（3）上料手退出過程與上模干涉校核方法（見圖2）：顯示上模和干涉曲線，確認(rèn)上模最低點(diǎn)與橫桿運(yùn)動(dòng)中最小距離，若最小距離≥50mm，滿足安全要求；若最小距離＜50mm，存在干涉風(fēng)險(xiǎn)，這種情況下需要重新校核，可以選取SPM更低的曲線進(jìn)行校核或者模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化后重新校核，只到滿足設(shè)計(jì)要求為止。

圖2 上料手與上模干涉校核（③為退出曲線；④為進(jìn)入曲線）

3 模具廠內(nèi)調(diào)試要點(diǎn)

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段通過自動(dòng)化干涉曲線校核后，回廠匹配主線調(diào)試階段需要實(shí)施差異化的調(diào)試策略。一方面，回廠匹配自動(dòng)化調(diào)試需要進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的一致性；另一方面，制件定位器及制件檢測(cè)器的布置上對(duì)整線生產(chǎn)穩(wěn)定性方面需要逐步調(diào)試優(yōu)化。

3.1 同步排干涉

高速線橫桿的運(yùn)動(dòng)曲線一旦選定，那么橫桿的運(yùn)動(dòng)軌跡基本是固定的，所以端拾器制作時(shí)必須按照設(shè)計(jì)時(shí)選定的曲線軌跡狀態(tài)進(jìn)行端拾器吸盤布置和制作。端拾器制作完成后，需要分別對(duì)上下模的干涉進(jìn)行確認(rèn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，這一步在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中非常重要。否則一旦發(fā)生干涉，將對(duì)模具和橫桿設(shè)備帶來嚴(yán)重的損壞。

通常先對(duì)下模干涉進(jìn)行確認(rèn)，帶件分別確認(rèn)上下工序在進(jìn)入過程和退出過程與下模的干涉情況，要全面判斷橫桿、端拾器、制件與模具的干涉情況。與下模的干涉排除后，最后再排除與上模的干涉。在整線自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，橫桿運(yùn)動(dòng)和壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)存在某種關(guān)聯(lián)的同步運(yùn)動(dòng)，因此在確認(rèn)橫桿與上模干涉的時(shí)候需要在微速同步狀態(tài)下進(jìn)行確認(rèn)。主要確認(rèn)橫桿與上模最低點(diǎn)的距離是否滿足安全要求。

3.2 制件定位器的設(shè)置

制件在高速搬運(yùn)過程中，通常不允許做額外的調(diào)整動(dòng)作，基本到了投料點(diǎn)就拋出。工序件必須精確導(dǎo)進(jìn)準(zhǔn)確的位置，才能保證制件品質(zhì)和滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，這對(duì)制件在模具上的定位系統(tǒng)要求較高。目前，制件精度要求越來越高，后工序件定位采用外輪廓粗定位與銷孔精定位的組合定位方式。機(jī)械手把制件投入外輪廓粗定位，然后靠粗定位器導(dǎo)入精定位。在批量提速生產(chǎn)過程中，常見問題點(diǎn)如表1所示。

表1 定位器故障類型

為了解決在高速自動(dòng)化生產(chǎn)過程中遇到的上述不良問題點(diǎn)，制件定位器相對(duì)普通自動(dòng)化生產(chǎn)線的模具需要做差異化的對(duì)策。經(jīng)過一個(gè)車型的不斷調(diào)試驗(yàn)證和改善，最終整理出定位器的設(shè)計(jì)規(guī)范參考如表2所示。

表2 定位器設(shè)置規(guī)范參考

（續(xù)表2）

3.3 制件檢測(cè)器的設(shè)置

制件檢測(cè)信號(hào)是連接設(shè)備和模具的唯一窗口，是自動(dòng)化生產(chǎn)的安全保障，同時(shí)制件檢測(cè)器設(shè)置的合理性對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響很大，生產(chǎn)不良故障主要集中在OP10 拉伸上，后工序發(fā)生不良故障的影響較小。制件檢測(cè)器的生產(chǎn)故障一部分可以在模具設(shè)計(jì)階段進(jìn)行規(guī)避，大多數(shù)情況在批量自動(dòng)化生產(chǎn)的過程中暴露出來，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)試確認(rèn)。生產(chǎn)過程中制件檢測(cè)器影響包括檢測(cè)器無感應(yīng)信號(hào)、檢測(cè)器信號(hào)閃斷這兩種情況。針對(duì)以上不良總結(jié)出以下設(shè)置規(guī)范參考如表3所示。

表3 零件檢測(cè)器設(shè)置規(guī)范參考

4 模具生產(chǎn)提速要點(diǎn)

在沖壓生產(chǎn)過程中，確保模具各類機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)序與自動(dòng)化設(shè)備需要同步匹配，將模具和設(shè)備匹配磨合到最佳的狀態(tài)，生產(chǎn)線才能發(fā)揮最大的效率。在提速后陸續(xù)暴露出來很多問題，需要對(duì)每類問題點(diǎn)進(jìn)行分析、對(duì)策以及總結(jié)才能更好的避免后續(xù)出現(xiàn)同樣的問題點(diǎn)。這里將生產(chǎn)提速中遇到的主要課題及對(duì)策總結(jié)如表4所示。

表4 提速主要課題及對(duì)策

5 結(jié)束語

隨著高速?zèng)_壓生產(chǎn)線技術(shù)越來越成熟，沖壓生產(chǎn)在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)追求更高的生產(chǎn)效率，行業(yè)內(nèi)應(yīng)用實(shí)例越來越多。模具和設(shè)備的匹配程度要求越來越高，在模具設(shè)計(jì)階段如何提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，從源頭破解困境；在模具調(diào)試階段快速如何有效應(yīng)對(duì)各種模具在生產(chǎn)過程及制件品質(zhì)提升的課題，縮短模具調(diào)試周期，給相關(guān)從業(yè)人員帶來了更大的考驗(yàn)。本文基于高速自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線在模具設(shè)計(jì)、廠內(nèi)匹配調(diào)試及生產(chǎn)過程遇到的問題進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，同時(shí)希望能給后續(xù)新車型和調(diào)試提供參考。