淺析縱梁沖壓模具自動(dòng)化設(shè)計(jì)

彭文虎，陸靜易，韋 毅，黃 锃

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西柳州 545007）

1 引言

縱梁類沖壓件作為汽車車架上的重要結(jié)構(gòu)件，目前仍大量采用手工方式進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)節(jié)拍較低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，制約了生產(chǎn)成本的降低。隨著人工成本的不斷上漲，沖壓生產(chǎn)已經(jīng)由人工生產(chǎn)逐漸向自動(dòng)化生產(chǎn)過渡，如多工位生產(chǎn)模式、級進(jìn)模生產(chǎn)模式、串聯(lián)線機(jī)器手抓取生產(chǎn)模式。對于外覆蓋件、地板類等大中型制件目前已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，但相對復(fù)雜、細(xì)長的縱梁類沖壓件還未普及自動(dòng)化生產(chǎn)。對于縱梁類沖壓件自動(dòng)化生產(chǎn)，需解決制件的定位穩(wěn)定性、制件感應(yīng)問題、制件卡在下模、廢料排出困難等問題。介紹了某車型后縱梁沖壓工藝及自動(dòng)化生產(chǎn)的模具結(jié)構(gòu)，對縱梁類沖壓件自動(dòng)化生產(chǎn)問題提出了解決方案，滿足了串聯(lián)線機(jī)器手抓取自動(dòng)化生產(chǎn)要求。

2 制件結(jié)構(gòu)分析

某車型后縱梁如圖1所示，材質(zhì)為B280VK，料厚為1.5mm，外形尺寸為1,660×152×142mm 頂面兩個(gè)面之間存在30mm 的高度差，此處容易產(chǎn)生起皺缺陷。且制件不是直的，大端頭側(cè)壁面擺了5°的角，制件容易扭曲。制件頂面和側(cè)壁都有孔，兩側(cè)壁拔模角均為3°。

圖1 后縱梁

3 沖壓工藝分析

根據(jù)制件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，沖壓工藝定為4 工序，如圖2 至圖5 所示：OP10 拉 伸→OP20 切 邊 沖 孔→OP30翻邊側(cè)整形→OP40側(cè)切邊沖孔側(cè)沖孔。其中OP10側(cè)壁型面相對于制件外扒了30°，再通過OP30側(cè)整形整到制件所需的角度。

圖2 OP10拉伸

圖5 側(cè)切邊沖孔側(cè)沖孔

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 拉伸模結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化生產(chǎn)的模具，對沖壓完成后制件的位置穩(wěn)定性要求較高，以便機(jī)械手能抓取制件順利放入下一工序模具上。該車型后縱梁頂面型面相對簡單，沖孔平臺凸包高度只有3mm，中部凹筋深度也只有5mm。在沖壓完成后，機(jī)床滑塊向上運(yùn)動(dòng)及壓邊圈回程的過程都會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，制件容易在前后方向及左右方向產(chǎn)生竄動(dòng)，位置穩(wěn)定性無法保證。

為解決OP10制件沖壓后位置穩(wěn)定性問題，OP10 在工藝補(bǔ)充面上做了如下設(shè)置：

（1）壓料面在制件頂面存在高度差的斜面對應(yīng)區(qū)域設(shè)置拉伸筋，拉伸筋高度為6mm，寬度為12mm，如圖6所示。

圖6 OP10拉伸筋位置示意圖

（2）兩端頭側(cè)壁工藝補(bǔ)充面上設(shè)置凹筋，凹筋的寬度為20mm，深度為8mm，頂面工藝補(bǔ)充面做一個(gè)沉臺，沉臺深度為10mm，如圖7所示。

圖7 OP10端頭工藝補(bǔ)充示意圖

OP10 拉伸模上設(shè)置的兩段拉伸筋，能有效防止制件前后竄動(dòng)；兩端頭頂面設(shè)置的沉臺結(jié)構(gòu)及側(cè)壁凹筋能有效防止制件左右竄動(dòng)，從而保證了制件的位置穩(wěn)定性，如圖8所示。

圖3 OP20切邊沖孔

圖4 OP30翻邊側(cè)整形

圖8 拉伸模結(jié)構(gòu)圖

4.2 切邊沖孔模結(jié)構(gòu)

OP10 拉伸模上設(shè)置的兩段拉伸筋，兩端頭頂面設(shè)置的沉臺結(jié)構(gòu)及側(cè)壁凹筋不僅可以保證OP10制件的位置穩(wěn)定性，同時(shí)也可以確保OP20定位的穩(wěn)定性，如圖9所示。

圖9 切邊沖孔模結(jié)構(gòu)圖

縱梁類制件容易產(chǎn)生扭曲、回彈等缺陷，OP10制件放入OP20模具型腔內(nèi)，很難與凸模完全貼合，如果離空過大，則傳感器無法感應(yīng)到制件。沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，如傳感器不能穩(wěn)定地感應(yīng)到制件，則會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)化生產(chǎn)無法順暢進(jìn)行。傳統(tǒng)的固定式傳感器安裝方式，如傳感器安裝位置過低，容易感應(yīng)不到制件；如為了感應(yīng)到制件，傳感器安裝位置高出凸模，則會(huì)壓壞傳感器。如取消或者屏蔽傳感器，則有可能導(dǎo)致制件放不到位就進(jìn)行沖壓，甚至壓雙件，導(dǎo)致模具損壞。

為此，該模具設(shè)計(jì)了一種傳感器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖10所示。傳感器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由傳感器固定塊、限位擋板、彈簧組成，傳感器可以通過限位擋板調(diào)整傳感器固定塊浮出凸模型面的高度，OP20壓件過程中，制件會(huì)先接觸傳感器的固定塊，從而保護(hù)了傳感器不被壓壞。

圖10 傳感器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)

4.3 翻邊側(cè)整形模結(jié)構(gòu)

因制件側(cè)壁拔模角只有3°，翻邊側(cè)整形工序采用側(cè)整形結(jié)構(gòu)，如圖11所示。翻邊側(cè)整形工序因整改側(cè)壁扒口，有時(shí)會(huì)采用負(fù)角度進(jìn)行側(cè)整形，制件容易卡下模，機(jī)器手很難將制件抓取出來。傳統(tǒng)手工線的頂料裝置通過氣缸進(jìn)行頂料，如圖12所示，氣缸的進(jìn)出氣通過手動(dòng)控制或者機(jī)床飛輪的角度進(jìn)行控制。該頂料方式如果進(jìn)氣量調(diào)整過大，容易把制件頂飛出凸模型面，進(jìn)氣量調(diào)整過小，制件未脫離凸模，機(jī)器手抓取不出來。

圖11 翻邊側(cè)整形模結(jié)構(gòu)

圖12 手工線頂料方式

為保證制件能被順利頂出，在凸模定位銷處設(shè)置兩個(gè)浮動(dòng)塊。浮動(dòng)塊機(jī)構(gòu)如圖13 及圖14 所示，浮動(dòng)塊周圈設(shè)置4個(gè)導(dǎo)板與凸模進(jìn)行導(dǎo)向，通過兩個(gè)限位螺釘進(jìn)行限位，底部設(shè)置2 個(gè)氮?dú)飧缀? 個(gè)墩死塊。浮動(dòng)塊浮出凸模10mm，當(dāng)OP20 制件放入OP30 模腔時(shí)，主要靠兩個(gè)浮動(dòng)塊進(jìn)行支撐和浮動(dòng)塊上的兩個(gè)定位銷進(jìn)行定位。上模往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上模壓料芯首先接觸制件和兩個(gè)浮動(dòng)塊，再把制件和浮動(dòng)塊壓到凸模上，保證制件和凸模頂面完全貼合，斜楔鑲塊再進(jìn)行翻邊和整形。翻邊整形完成后，壓料芯往上運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)浮動(dòng)塊把制件頂出凸模型面，與凸模分離，此時(shí)機(jī)器手可以順暢的抓取出制件。

圖13 浮動(dòng)塊機(jī)構(gòu)示意圖Ⅰ

圖14 浮動(dòng)塊機(jī)構(gòu)示意圖Ⅱ

4.4 制件抓取

因縱梁類制件比較細(xì)長，且制件頂面沖孔較多，機(jī)器手端拾器上采用外形較大的圓形扁平吸盤不好布置，且容易漏氣，應(yīng)選用橢圓扁平吸盤或者吸力更強(qiáng)的永磁吸盤，如圖15和圖16所示，增加機(jī)器手抓取制件的穩(wěn)定性和避免制件在抓取過程中掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

圖15 橢圓扁平吸盤

圖16 永磁吸盤

4.5 模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

因縱梁類制件比較細(xì)長，模具設(shè)計(jì)得也比較細(xì)長，而機(jī)床臺面上的廢料坑設(shè)置又比較大，模具會(huì)有很大一部分懸空在廢料坑上。為保證模具受力強(qiáng)度，懸空在機(jī)床廢料坑上的模具筋條需加強(qiáng)，主筋厚度由40mm 增加到50mm，副筋厚度由30mm 增加到40mm，如圖17所示。

圖17 模具筋條加強(qiáng)示意圖

4.6 廢料排出

切邊及沖孔廢料能否順利排出也是縱梁類制件自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。為保證廢料滑出角度能達(dá)到25°，模具的閉合高度相比于手工線要進(jìn)行相應(yīng)加高。切邊及沖孔凹模刃口底部需要加大讓空，保證每次沖切廢料都能順利排出，避免廢料堆積。對于一些沖孔廢料難以滑出到機(jī)床外的，也可以充分利用機(jī)床上的廢料坑，模具設(shè)計(jì)時(shí)將廢料直接排入廢料坑。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合后縱梁沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)容易出現(xiàn)的問題給出了相應(yīng)的解決方案：

（1）在拉伸工藝補(bǔ)充面及壓料面上設(shè)置筋條，增加拉伸模及切邊沖孔模的定位穩(wěn)定性。

（2）在切邊沖孔模及翻邊整形模上設(shè)置傳感器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，能穩(wěn)定感應(yīng)到制件。

（3）在翻邊整形模上設(shè)置頂料浮動(dòng)塊，避免了制件卡在下模的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）機(jī)器手端拾器上選用橢圓扁平吸盤及永磁吸盤可以增加機(jī)器手抓取制件的穩(wěn)定性和避免制件在抓取過程中掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）對于模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及廢料排出問題給出了建議。