高速?zèng)_壓模具卡廢料分析與廢料監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)

文/杜洋洋，李曉俊·上汽大眾汽車有限公司

沖壓件的成形過程一般包括落料、拉延、切邊沖孔、翻邊、整形等工藝。經(jīng)過爬坡生產(chǎn)與大批量供件后，雖然零件狀態(tài)及模具的穩(wěn)定性會(huì)得到大幅提升，但依然存在制約沖次提升的關(guān)鍵因素，如卡廢料等。此外，隨著電氣設(shè)備的不斷升級(jí)，高速自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)也越來越成熟，在各大主機(jī)廠沖壓車間的使用越來越普遍。其中，Schuler 伺服高速自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線沖次可達(dá)到20 次/分鐘，大部分沖壓件的無故障沖次(SPM)可達(dá)到15 次/分鐘，甚至18 次/分鐘。

在高沖次生產(chǎn)條件下，廢料下滑速度更快，下滑姿態(tài)更不容易得到控制，切邊?？◤U料問題會(huì)更加突出，甚至造成模具事故，這也愈發(fā)成為沖壓行業(yè)共同面臨并亟待解決的重難點(diǎn)問題。

切邊模卡廢料原因分析

切邊?？◤U料問題的產(chǎn)生一般與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)，如廢料下滑空間小(小于等于切邊廢料對(duì)角線長(zhǎng)度)、廢料滑板角度小(小于25°，甚至20°)、落料下滑姿態(tài)(導(dǎo)向差、廢料翻轉(zhuǎn))，廢料滑板狀態(tài)差(變形、無網(wǎng)紋)等，如圖1、圖2 所示。

圖1 廢料下滑不暢

圖2 卡廢料

切邊?？◤U料解決措施

新項(xiàng)目沖壓模具

針對(duì)切邊?？◤U料問題，新項(xiàng)目模具在設(shè)計(jì)階段可重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面，從根源上解決，減少對(duì)后續(xù)批量生產(chǎn)的影響。

⑴將切邊模廢料排放通道設(shè)計(jì)成開口結(jié)構(gòu)。針對(duì)封閉式切邊可設(shè)計(jì)成倒漏斗結(jié)構(gòu)，在切邊刃口段下部進(jìn)行讓位,讓位后可增大廢料排放空間。通過設(shè)計(jì)局部支撐，可確保模具本體強(qiáng)度，避免大批量生產(chǎn)后產(chǎn)生模具事故，如圖3 所示。

圖3 封閉式切邊(開口結(jié)構(gòu))

針對(duì)開放式切邊可設(shè)計(jì)成開放式結(jié)構(gòu)，不僅在切邊刃口段下部設(shè)置了讓位段，相對(duì)切邊刃口(圖4 中I 與II)還需要設(shè)計(jì)10°～ 15°的傾角，可避免切邊后廢料卡在切邊刃口上阻礙廢料下滑，如圖4 所示。

圖4 開放式切邊(開口結(jié)構(gòu))

⑵合理設(shè)計(jì)切邊工藝(廢料分割)。切邊廢料的卡滯和切邊工藝的排布密不可分，合理的切邊工藝需要兼顧切邊順序和切邊廢料的分割方式。考慮切邊順序時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)多塊廢料同時(shí)下滑出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，廢料分割時(shí)需要考慮廢料槽允許的廢料長(zhǎng)度。此外，由于切邊廢料的卡滯很大程度上與廢料形狀的不規(guī)則有關(guān)，在廢料分割時(shí)應(yīng)避免框型封閉區(qū)域的出現(xiàn)，如圖5 所示。

圖5 廢料分割示意圖(小臺(tái)階造型區(qū)域)

通過左側(cè)廢料分割(不合理)不難發(fā)現(xiàn)，均存在框型封閉區(qū)域。切邊后廢料在重力的作用下下滑，框式封閉造型直接對(duì)廢料的順暢排放造成阻礙，因此，廢料分割時(shí)應(yīng)避免局部框型封閉造型的出現(xiàn)。通過在凸臺(tái)造型區(qū)域設(shè)置廢料分割，將框型封閉廢料變?yōu)殚_放式廢料，改善了廢料下滑條件，在很大程度上可解決該類卡廢料問題。

⑶取消廢料刀或改作嵌入式廢料刀。切邊模下模廢料刀一般會(huì)安裝在模架上，模具設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在模架上設(shè)置專門的安裝支座，如圖6 所示。廢料分割時(shí)，相鄰廢料刀之間存在刀口對(duì)刀口、刀口對(duì)刀背、刀背對(duì)刀背幾種情況，其中刀背對(duì)刀背最易出現(xiàn)卡廢料問題。刀背對(duì)刀背情況下，完成切邊后廢料兩端均擱置在廢料刀刀背之上，雖有上模彈頂作用，卡廢料問題依然頻發(fā)。

圖6 普通廢料刀

普通廢料刀不僅占用了下模廢料排放空間，還存在刀背對(duì)刀背的惡劣工況，不利于切邊廢料的排放。因此，在斜楔等復(fù)雜切邊工藝中常設(shè)計(jì)鑲嵌式廢料刀，如圖7 所示。該廢料刀安裝在模芯之上，需要在模芯側(cè)面加工安裝平面，考慮廢料刀強(qiáng)度，常用鍛鋼制作。此外，如門內(nèi)板門檻區(qū)域，在滿足廢料長(zhǎng)度的前提下，可減少廢料刀的設(shè)置，不僅有利于廢料排放，也可減少切邊碎屑的產(chǎn)生。

圖7 鑲嵌式廢料刀

批量生產(chǎn)沖壓模具

針對(duì)批量生產(chǎn)模具，模具已鑄造成形，模具的可更改性很大程度上會(huì)受到限制，常通過加工讓位增大廢料排放空間、增加導(dǎo)桿調(diào)整廢料下滑姿態(tài)、調(diào)整上模彈頂、提高廢料板質(zhì)量等多種方法進(jìn)行優(yōu)化。

通過常用的優(yōu)化方法，在一定程度上能解決切邊?？◤U料問題，但由于模具更改受限，卡廢料問題依然是影響沖壓模修停機(jī)率的關(guān)鍵因素。批量生產(chǎn)過程需要巡線人員針對(duì)卡廢料問題進(jìn)行專項(xiàng)跟蹤，及時(shí)疏通切邊廢料，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。實(shí)際由于視覺盲區(qū)與人員疏忽等多種因素的影響，很多情況下卡廢料問題不能被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致模具損壞，不得不拆模搶修。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)廢料下滑狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，卡廢料后報(bào)警并反饋給沖壓線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停線的裝置。

切邊模廢料監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)

廢料監(jiān)測(cè)裝置主要部件

⑴控制環(huán)節(jié)—控制繼電器(繼電器可調(diào)整時(shí)間為0.01s ～999s，可根據(jù)廢料監(jiān)測(cè)頻次進(jìn)行設(shè)置調(diào)整)。

⑵光電感應(yīng)傳感器(采用漫反射方式進(jìn)行感應(yīng)，相比傳統(tǒng)的料片接近開關(guān)，其能監(jiān)測(cè)更大的范圍及更復(fù)雜的形狀)。感應(yīng)距離可調(diào)整，根據(jù)監(jiān)測(cè)位置的不同，可選用扁平光電傳感器或柱狀光電傳感器。

⑶電源指示燈(監(jiān)測(cè)裝置需DC24V 供電，可通過模具哈丁插座引線供電。當(dāng)模具備模至臺(tái)面，插上哈丁線后通電，指示燈亮，否則報(bào)故障)。

⑷報(bào)警指示燈(正常情況下該指示燈為常滅狀態(tài)。若該指示燈亮，表示監(jiān)測(cè)裝置已監(jiān)測(cè)到卡廢料問題，提醒生產(chǎn)線人員及時(shí)清理切邊廢料)。

⑸復(fù)位按鈕(按下復(fù)位按鈕，沖壓線報(bào)警解除，可繼續(xù)生產(chǎn))。

廢料監(jiān)測(cè)裝置基本工作原理

如圖8 所示，廢料檢測(cè)裝置基本工作原理如下：

圖8 廢料監(jiān)測(cè)裝置基本原理

⑴調(diào)整好光電傳感器的感應(yīng)距離，設(shè)置控制繼電器的觸發(fā)時(shí)間。通過光電傳感器感應(yīng)設(shè)置范圍內(nèi)是否有切邊廢料，未感應(yīng)到廢料時(shí)則不計(jì)時(shí)；當(dāng)感應(yīng)到有廢料時(shí)開始計(jì)時(shí)，并反饋給控制繼電器。

⑵廢料感應(yīng)時(shí)間達(dá)到控制繼電器設(shè)定時(shí)間表示出現(xiàn)了卡廢料問題，繼電器觸發(fā)，輸出電平信號(hào)給沖壓線。

⑶接收觸發(fā)信號(hào)后，沖壓生產(chǎn)線根據(jù)預(yù)先設(shè)定的連續(xù)運(yùn)行條件進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)線的自動(dòng)報(bào)警并停線。

⑷生產(chǎn)線人員根據(jù)報(bào)警情況對(duì)卡廢料區(qū)域進(jìn)行廢料清理，完成清理后點(diǎn)擊復(fù)位按鈕完成復(fù)位操作，壓機(jī)警報(bào)解除可繼續(xù)連線生產(chǎn)。

廢料監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)勢(shì)

⑴成本優(yōu)勢(shì)，單套廢料監(jiān)測(cè)裝置約60 元。與通過視覺進(jìn)行廢料監(jiān)測(cè)的技術(shù)相比(動(dòng)輒幾萬元)，成本低廉，適用性更廣，可推廣性更強(qiáng)。安裝該廢料監(jiān)測(cè)裝置后，無需安排專人不停地檢查是否出現(xiàn)卡廢料，改善了人機(jī)工程，節(jié)省了人員工時(shí)成本。

⑵技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過光電傳感器與控制繼電器可實(shí)現(xiàn)廢料的智能監(jiān)測(cè)。當(dāng)判定卡廢料后，能實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)線報(bào)警并自動(dòng)停線功能，降低了產(chǎn)生模具事故的風(fēng)險(xiǎn)，在一定程度上也延長(zhǎng)了模具的壽命。

⑶調(diào)試過程優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)安裝位置的不同選用不同形式的光電傳感器，安裝該裝置后無需在線進(jìn)行調(diào)試，避免浪費(fèi)沖壓生產(chǎn)線的整線時(shí)間。

實(shí)際使用效果評(píng)估

根據(jù)模具結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，對(duì)上汽大眾某車型側(cè)圍OP60模具進(jìn)行了廢料監(jiān)測(cè)裝置的安裝與調(diào)試。首先攔住廢料槽下部阻礙廢料下滑，然后進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，以模擬切邊廢料卡滯場(chǎng)景。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，當(dāng)廢料卡頓后廢料監(jiān)測(cè)模塊紅燈亮起，觸發(fā)信號(hào)反饋給沖壓生產(chǎn)線，面板顯示監(jiān)測(cè)信號(hào)并報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了沖壓生產(chǎn)線自動(dòng)停線功能，如圖9、10、11 所示。

圖9 廢料監(jiān)測(cè)模塊報(bào)警

圖10 壓機(jī)面板顯示監(jiān)測(cè)信號(hào)

圖11 沖壓線報(bào)警界面

安裝廢料監(jiān)測(cè)裝置后，不影響沖壓生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。只有當(dāng)卡廢料情況發(fā)生后才會(huì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行報(bào)警停機(jī)。該裝置安裝后已使用半年以上，運(yùn)行狀態(tài)良好，曾多次實(shí)現(xiàn)報(bào)警預(yù)警，避免了模具事故的發(fā)生，已計(jì)劃進(jìn)行推廣使用。

結(jié)束語

本文分析了高速?zèng)_壓模具生產(chǎn)過程中卡廢料問題的形成原因，并分類系統(tǒng)地介紹了針對(duì)新項(xiàng)目沖壓模具與批量生產(chǎn)沖壓模具卡廢料的解決方法。針對(duì)由于模具結(jié)構(gòu)更改受限或者視覺盲區(qū)卡廢料后易產(chǎn)生的模具事故問題，本文設(shè)計(jì)了一套切邊廢料監(jiān)測(cè)裝置。該裝置可在不影響沖壓生產(chǎn)線正常運(yùn)行條件下對(duì)切邊廢料進(jìn)行智能監(jiān)控，無論在成本、技術(shù)還是調(diào)試方面都有很大的優(yōu)勢(shì)，極具推廣價(jià)值，可供行業(yè)同仁借鑒。