沖壓模具斜楔機(jī)構(gòu)時序設(shè)計

當(dāng)今汽車消費(fèi)市場競爭日漸激烈，基于消費(fèi)群體更加多元化以及審美更加開放的特點，汽車造型越來越復(fù)雜多變。而汽車的外造型需要依靠沖壓覆蓋件展現(xiàn)出來，因此，沖壓面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)更復(fù)雜多變的造型和更高的顏值，沖壓模具結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，需要設(shè)計更多的機(jī)構(gòu)。然而大部分汽車沖壓行業(yè)的人員，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計或評審過程中，主要考慮模具的功能性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的問題，從而忽略了沖壓模具在生產(chǎn)過程中各機(jī)構(gòu)與自動化設(shè)備之間的運(yùn)動時序。正確的時序設(shè)計一方面能夠保證穩(wěn)定的品質(zhì)質(zhì)量，另一方面還能夠提升生產(chǎn)效率；錯誤的時序設(shè)計不僅會降低生產(chǎn)效率而且會危害模具安全，造成模具損壞。

模具斜楔機(jī)構(gòu)形式及設(shè)計要點

上下模的運(yùn)動與滑塊運(yùn)動方向一致，因此上下模和自動化的干涉曲線時序確認(rèn)比較簡單，不容易忽略也不容易出現(xiàn)問題點?；瑝K單一的運(yùn)動方向顯然不能滿足實現(xiàn)比較復(fù)雜的沖壓零件造型，因此，在沖壓模具設(shè)計中為了獲得各種不同的沖壓方向通常需要用到斜楔機(jī)構(gòu)。然而，斜楔機(jī)構(gòu)和自動化的時序問題容易被我們忽視，這就是本文需要探討的問題。從驅(qū)動形式上分類，常用的斜楔結(jié)構(gòu)可以分為：插刀驅(qū)動型、氣缸驅(qū)動型和氣缸插刀雙驅(qū)動型。

插刀驅(qū)動型斜楔的結(jié)構(gòu)形式(圖1)最早應(yīng)用在沖壓模具上，結(jié)構(gòu)比較笨重，但是可靠性較高，直到現(xiàn)在仍然廣泛在使用。此斜楔機(jī)構(gòu)靠插刀推到位，插刀退出過程靠氮氣彈簧復(fù)位。斜楔運(yùn)動時序是完全按照上滑塊的運(yùn)動軌跡固定的，不需要考慮自動化氣源的通氣時機(jī)，對自動化的影響很小，參考滑塊的運(yùn)動確定即可。

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這種情況說明機(jī)構(gòu)時序設(shè)置是有問題的，每次都撞擊在導(dǎo)板的根部，受力面積越小，單位面積的應(yīng)力越大。如果不及時改善，鑄件薄弱處將存在疲勞斷裂的風(fēng)險，過往某車型模具導(dǎo)板安裝座根部發(fā)生斷裂的情況如圖7 所示。

氣缸驅(qū)動型斜楔的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計要點

以上兩種斜楔結(jié)構(gòu)形式都有各自的特點和不足，隨著對沖壓生產(chǎn)可靠性和穩(wěn)定性要求越來越高，氣缸和插刀雙驅(qū)動型斜楔作為以上兩種形式的合體增強(qiáng)版出現(xiàn)了。正常工作時由氣缸驅(qū)動斜楔，插刀全程不參與工作；只有當(dāng)氣缸失效時，插刀作為備用的保護(hù)措施才發(fā)揮作用。所以本質(zhì)上來說這是一種氣缸型斜楔結(jié)構(gòu)，插刀僅作為保護(hù)預(yù)留措施，保證模具始終處于正常工作模式下，免遭損壞。

在自動化調(diào)試時，此斜楔與氣缸型斜楔設(shè)置基本相同，但時序區(qū)間的設(shè)置要求更加嚴(yán)苛。在壓力機(jī)滑塊由上死點往下運(yùn)動過程中，插刀接觸前就要求氣缸把斜楔機(jī)構(gòu)推到工作位置。否則，每次沖壓時上下插刀都會發(fā)生碰撞。因此，氣缸設(shè)計選型時需要校核氣缸有效推力F，保持大于機(jī)構(gòu)所需的推力F

，并且保證氣缸能在規(guī)定時間內(nèi)把斜楔機(jī)構(gòu)推到位。

以普通機(jī)器人自動搬運(yùn)沖壓生產(chǎn)線生產(chǎn)側(cè)圍零件為例進(jìn)行說明，假設(shè)單機(jī)速度為18SPM，整線速度為10SPM。氣源采用壓力機(jī)角度控制方式，壓力機(jī)滑塊經(jīng)過10°氣缸正向通氣，機(jī)構(gòu)開始運(yùn)動；到160°插刀開始接觸，斜楔需要到位時間為1.37s，才能保證上下插刀不碰撞。通過生產(chǎn)線0.6MPa 的氣源測試，氣缸通氣后實際到位時間需要1.8s 左右，在滑塊帶動上模往下運(yùn)動過程中，能給斜楔到位的時間比氣缸運(yùn)動實際到位需要時間少。因此，上下插刀必然每次都會產(chǎn)生撞擊，這從導(dǎo)板根部上撞擊的痕跡能得到充分的證明，如圖6 所示。

氣缸和插刀雙驅(qū)動型斜楔結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計要點

插刀型斜楔占用空間大，不能有效滿足極端工藝條件下的正常使用，因此，占用空間更小的氣缸型驅(qū)動斜楔(圖3)應(yīng)運(yùn)而生。這種斜楔結(jié)構(gòu)采用氣缸驅(qū)動斜楔，布置空間更加小巧靈活，在舍棄插刀結(jié)構(gòu)的同時避免了插刀帶來的強(qiáng)度風(fēng)險。由于這種斜楔不能靠滑塊的運(yùn)動來驅(qū)動，只能通過氣缸控制斜楔機(jī)構(gòu)的到位和復(fù)位。因此在設(shè)計和主線自動化調(diào)試時，需要考慮斜楔的正確運(yùn)動時序，從而設(shè)定合理的通氣和斷氣時機(jī)。否則，時序設(shè)置錯誤可能會導(dǎo)致模具壓壞以及零件品質(zhì)不良的風(fēng)險。另外，氣路的連通和提供氣壓的大小及穩(wěn)定性會影響斜楔機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

雙驅(qū)動斜楔機(jī)構(gòu)時序調(diào)試要點

在自動化調(diào)試時，氣缸通氣和斷氣時機(jī)通常由壓力機(jī)角度控制。在壓力機(jī)滑塊由上死點往下運(yùn)動到壓料板接觸零件前這個區(qū)間內(nèi)，氣缸需要把斜楔機(jī)構(gòu)推到工作位置；沖壓完成后滑塊向上運(yùn)動，在壓料板與零件脫離到下料手取件這個區(qū)間，氣缸需要把斜楔機(jī)構(gòu)復(fù)位完成。這樣設(shè)計既能保證成形過程中工具體的合理性，又能避免沖壓方向負(fù)角對投料和取料的影響。模具與壓力機(jī)時序設(shè)計如圖4 所示。

動作確認(rèn)

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此結(jié)構(gòu)靠上模插刀把垂直方向的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為水平方向的運(yùn)動，上下插刀屬于剛性接觸。隨著生產(chǎn)速度加快，插刀受到的瞬時沖擊力也增大，在批量生產(chǎn)過程中疲勞斷裂失效風(fēng)險也更高，因此插刀在設(shè)計階段需要重點進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過強(qiáng)度分析對比可以知道，楔形導(dǎo)板安裝根部R 角越小應(yīng)力值越大，如圖2 所示。結(jié)構(gòu)設(shè)計上可實施的對策：①對根部導(dǎo)圓角處理，避免加工成尖角造成的應(yīng)力集中，緩解疲勞失效風(fēng)險；②導(dǎo)板背部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，增加斜筋支撐，保證鑄件本身有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；③如果結(jié)構(gòu)受限強(qiáng)度較弱，在已經(jīng)做強(qiáng)的基礎(chǔ)上可以考慮將驅(qū)動座材質(zhì)提高一個等級，比如由HT300 提升至QT600；④優(yōu)化生產(chǎn)模式，降低沖壓速度。

4.嚴(yán)格執(zhí)行制度，規(guī)范黨內(nèi)生活。嚴(yán)肅黨內(nèi)政治生活是全面從嚴(yán)治黨的根本性基礎(chǔ)工作。一直以來，寶勝集團(tuán)嚴(yán)格按照《航空工業(yè)黨建工作規(guī)范》和兩個工作手冊，對標(biāo)整改，堅持“三會一課”、民主生活會、組織生活會、民主評議黨員等行之有效的制度，始終把進(jìn)一步加強(qiáng)和規(guī)范黨內(nèi)政治生活作為寶勝黨委的重要責(zé)任，狠抓落實，不斷加強(qiáng)和規(guī)范黨內(nèi)組織生活。

自動化調(diào)試

為了避免插刀撞擊，考慮把氣缸通氣時機(jī)提前到下料手AP(After Pick)點，這樣給氣缸運(yùn)動到位的時間就能滿足氣缸實際運(yùn)動到位的時間。兩種控制方式對比如表1 所示：第一種情況就是上面提到的時序不滿足要求的情形，第二種情況是改變氣源的控制方式后，時序滿足要求。

斜楔到位檢測

在全自動化生產(chǎn)線普及的今天，為了保證生產(chǎn)過程中機(jī)構(gòu)時序的準(zhǔn)確，通常會設(shè)計斜楔機(jī)構(gòu)到位檢測，在插刀接觸前，機(jī)構(gòu)到位了，在設(shè)定的某個點接收到檢測器的信號，壓力機(jī)才能正常工作，否則壓力機(jī)緊急停止，起到保護(hù)模具安全的作用。

結(jié)束語

本文探討了沖壓模具時序設(shè)計的重要性以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)試生產(chǎn)過程中如何滿足自動化生產(chǎn)線的需求，以沖壓模具為載體，充分發(fā)揮自動沖壓生產(chǎn)線能力，使模具和設(shè)備能無縫銜接，實現(xiàn)高效地生產(chǎn)，給后續(xù)新車型和模具調(diào)試提供了參考。