淺析影響沖壓聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)效率的常見因素

文/闞鴻耀·上海匯眾車橋系統(tǒng)有限公司

淺析影響沖壓聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)效率的常見因素

文/闞鴻耀·上海匯眾車橋系統(tǒng)有限公司

闞鴻耀，資深沖壓工藝主管工程師，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)，參與主導(dǎo)近10個(gè)沖壓項(xiàng)目的投產(chǎn)工作，立足于沖壓現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題的解決，具有豐富的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

隨著企業(yè)勞動(dòng)力成本的不斷提高，越來越多的企業(yè)開始投設(shè)自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線，以提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，達(dá)到提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品單件成本，獲得更大效益的目的。沖壓前期開發(fā)過程是決定投產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，如何在前期開發(fā)過程中從設(shè)備、機(jī)械手、模具三方面提高沖壓聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)的效率，也就決定了產(chǎn)品投產(chǎn)后效率的高低。

我公司沖壓車間目前有四條生產(chǎn)線，包括兩臺(tái)法格1000t機(jī)械式壓力機(jī)和兩臺(tái)舒勒2000t機(jī)械式多工位壓力機(jī)。設(shè)備結(jié)構(gòu)及形式?jīng)Q定了投產(chǎn)的產(chǎn)品必須與現(xiàn)有設(shè)備相匹配，以達(dá)到最好的聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)能力。目前，沖壓車間生產(chǎn)的產(chǎn)品主要為汽車底盤沖壓件，如圖1所示。接下來對(duì)沖壓前期自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程中影響生產(chǎn)效率的常見因素，從模具、設(shè)備、機(jī)械手三方面進(jìn)行分析。

圖1 底盤沖壓件

影響沖壓聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)效率的設(shè)備因素

生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及形式作為硬性條件，沖壓自動(dòng)化設(shè)計(jì)中需要考慮與之匹配，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程中的案例，下面分別以影響1000t壓力機(jī)與2000t壓力機(jī)生產(chǎn)效率的因素進(jìn)行介紹。

影響1000t壓力機(jī)落料生產(chǎn)效率的常見因素及分析

⑴矯平機(jī)矯平能力（主要涉及卷料規(guī)格）。目前沖壓輕量化已經(jīng)是大趨勢(shì)，高強(qiáng)板得到大量應(yīng)用，矯平機(jī)的矯平能力直接決定高強(qiáng)板能否批量生產(chǎn)。

⑵封閉裝模高度范圍、送料高度要求。封閉裝模高度范圍、送料高度要求，這幾項(xiàng)參數(shù)作為設(shè)備基本參數(shù)，模具與之匹配對(duì)于提高換模效率，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定很關(guān)鍵。

⑶機(jī)床臺(tái)面尺寸、傳送皮帶調(diào)整范圍。機(jī)床臺(tái)面尺寸、傳送皮帶調(diào)整范圍，兩項(xiàng)數(shù)據(jù)決定模具出料形式，不同的出料形式直接決定出料堆垛的穩(wěn)定性。側(cè)出料結(jié)構(gòu)形式對(duì)設(shè)備空間占用大、生產(chǎn)穩(wěn)定、堆垛齊整，如圖2所示；導(dǎo)向架導(dǎo)向出料形式對(duì)設(shè)備空間占用小、生產(chǎn)不穩(wěn)定、堆垛不齊，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)向架導(dǎo)向出料形式

影響2000t壓力機(jī)生產(chǎn)效率的常見因素及分析

2000t沖壓生產(chǎn)線上的關(guān)鍵參數(shù)主要有拆垛、輸送皮帶、對(duì)中結(jié)構(gòu)等。⑴拆垛。拆垛吸盤需有調(diào)整范圍，達(dá)到穩(wěn)定拆垛。雙料感應(yīng)器及對(duì)中位置感應(yīng)器的感應(yīng)位置，料片不應(yīng)存在變形。⑵拆垛—輸送皮帶。對(duì)于雙料片形式，料片之間間距應(yīng)與輸送皮帶感應(yīng)器間距及拆垛吸盤位置相匹配。⑶對(duì)中結(jié)構(gòu)。重力對(duì)中方式對(duì)于不規(guī)則料片不易調(diào)整。

影響沖壓聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)效率的機(jī)械手因素

結(jié)合不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和調(diào)整空間的大小，機(jī)械手需要選用不同形式。目前車間主要存在兩種感應(yīng)器形式：推桿式和接觸式。推桿式對(duì)于異形產(chǎn)品的感應(yīng)靈敏度及可靠性并不佳。夾鉗的打開角度及調(diào)整范圍為沖壓生產(chǎn)問題的解決提供了更大的可調(diào)空間，夾手相較于托盤成本高，可靠性強(qiáng)。

影響沖壓聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)效率的模具因素

模具設(shè)計(jì)基本參數(shù)要求

模具OP20工序托料頂起高度需與對(duì)中臺(tái)面高度一致，否則高度差會(huì)造成放料的不穩(wěn)定，影響節(jié)拍；同樣模具前后副高度差需要一致，否則同樣會(huì)造成放料的不穩(wěn)定。

托料系統(tǒng)選擇

模具托料系統(tǒng)常見結(jié)構(gòu)分為整體托料和單體托料兩種形式，如圖4所示。單體托料出現(xiàn)問題易于分析，拆裝簡(jiǎn)單，但托料力不平衡（尤其對(duì)于剛性不足的零件）；整體托料出現(xiàn)問題查找比較麻煩，拆裝復(fù)雜，但托料力相對(duì)更加平衡。實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)確認(rèn)采用何種形式，目前單體托料系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛。

廢料排出結(jié)構(gòu)

廢料排出結(jié)構(gòu)對(duì)于沖壓自動(dòng)化來說也至關(guān)重要，設(shè)計(jì)時(shí)有以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：⑴一次沖程后的邊刃不準(zhǔn)留有廢料或殘留物，廢料切斷的對(duì)角線長(zhǎng)度不得大于300mm；⑵廢料排出通道不得有急拐彎，廢料能自行從模具內(nèi)滑出至機(jī)床廢料孔；⑶廢料槽內(nèi)不能有凸起、凹陷等阻止廢料滑落的部分；⑷廢料槽角度不得小于30°，如小于30°必須進(jìn)行詳細(xì)說明和模擬。

圖4 模具托料系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)

側(cè)切機(jī)構(gòu)

對(duì)于側(cè)切機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮側(cè)切刀口造型強(qiáng)度、側(cè)切刀口增加防側(cè)翻導(dǎo)板及讓刀避讓。如側(cè)切刀口懸空太大，同時(shí)無防止側(cè)翻墊板，刀口經(jīng)常發(fā)生斷裂。側(cè)切導(dǎo)向機(jī)構(gòu)側(cè)切時(shí)存在壓料板的情況，要注意壓料板的導(dǎo)向穩(wěn)定性。在實(shí)際案例側(cè)切工序中，僅僅靠側(cè)切底座兩側(cè)導(dǎo)板導(dǎo)正，沖壓精度難以保證，如增加錐形導(dǎo)向效果較好。圖5、圖6分別為兩種案例代表。

圖5 副車架下片側(cè)切導(dǎo)向壓料板

圖6 副車架上片兩側(cè)側(cè)向?qū)д?/p>

扇形翻邊結(jié)構(gòu)

扇形翻邊在某系列車型副車架上均有存在，且均存在開裂的情況。某副車架上片翻邊開裂位置，如圖7所示。分析開裂的原因在于外翻時(shí)材料流動(dòng)來不及補(bǔ)償。目前解決的方式包括：前道序預(yù)壓凸包聚料；通過修改修邊線調(diào)整補(bǔ)償進(jìn)料；改變翻邊位置R角。

沖壓成形開裂問題

沖壓成形開裂是在新產(chǎn)品投產(chǎn)過程中常見的沖壓缺陷，開裂與前期模具工藝設(shè)計(jì)、模具制造及材料性能指標(biāo)的選擇等多種因素有關(guān)，后期發(fā)生開裂往往問題比較棘手，同時(shí)并沒有完善的解決方案。解決開裂問題關(guān)鍵還是前期做好模具CAE分析，對(duì)于易于開裂的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行工藝優(yōu)化，同時(shí)結(jié)合材料性能指標(biāo)找到極限材料性能指標(biāo)，當(dāng)然這些工作難度較大，需要長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累。圖8為生產(chǎn)中遇到的產(chǎn)品開裂實(shí)例。

圖7 某副車架上片翻邊開裂位置

沖壓零件成形方式影響后道序零件定位穩(wěn)定性，以及翻邊及修邊能否順利實(shí)現(xiàn)。如：深成形后依靠托料塊定位，造成定位不穩(wěn)，影響節(jié)拍（圖9）；梁狀結(jié)構(gòu)零件淺成形后依靠型面定位，造成定位不穩(wěn)（圖10）。

圖8 開裂實(shí)例

圖9 成形后依靠托料塊定位

圖10 成形后依靠型面定位

直切刀口產(chǎn)生毛刺與翻邊拉毛問題解決

沖壓零件型面成形過程經(jīng)常遇到是選擇直接成形到位還是成形+翻邊組合的問題，兩種工藝方式實(shí)際應(yīng)用中均存在一定問題。如直接成形到位工藝的副車架下片直切刀口毛刺問題（圖11）；成形+翻邊組合成形工藝的副車架下片翻邊聚料造成鑲塊拉毛問題（圖12）。

圖11 副車架下片直切刀口毛刺

圖12 副車架下片拉毛問題

以上兩種案例說明，對(duì)于直接成形到位的情況，涉及到切R角圓弧以及較長(zhǎng)直邊，容易產(chǎn)生修邊毛刺；對(duì)于成形+翻邊組合成形工藝完成型面最終成形的情況，由于此處為翻邊聚料位置，鑲塊受力增大，使用壽命大大降低。目前對(duì)于該項(xiàng)問題的解決，需要前期工藝充分論證優(yōu)化。

帶角度沖孔

沖壓過程中某些功能孔需要在一定角度的型面上沖壓，這將涉及帶角度沖孔的問題，前期設(shè)計(jì)過程中的一些因素包括行程、預(yù)壓以及型面貼合度等需要確認(rèn)，否則實(shí)際沖壓過程中會(huì)有帶料、二次沖裁等問題。帶角度沖孔帶來的二次沖裁壓痕，如圖13所示。

圖13 沖孔壓痕缺陷

翻孔

翻孔是沿內(nèi)孔周圍將材料側(cè)立出凸緣的沖壓工序，實(shí)際常見缺陷為翻孔開裂。解決翻孔開裂問題，要從翻孔變形程度著手，翻孔系數(shù)越大，變形程度越?。环紫禂?shù)越小，變形程度越大。影響翻孔系數(shù)的主要因素有：材料的性能，塑性越好，翻孔系數(shù)越??；預(yù)孔的相對(duì)直徑越小，翻孔系數(shù)也越??；翻孔凸模的形式也會(huì)影響工藝效果，球面凸模能使翻孔系數(shù)減小，增加變形程度；通過調(diào)整沖孔間隙，提高沖孔斷面光亮帶所占比例。

實(shí)際設(shè)計(jì)中也是通過調(diào)整以上影響翻孔系數(shù)的因素，來解決翻孔開裂的問題。實(shí)際前期開發(fā)過程中從模具的角度來看，影響沖壓生產(chǎn)效率的因素遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。沖壓生產(chǎn)過程中模具作為最核心的部分，為提高沖壓生產(chǎn)的效率，前期開發(fā)過程中需要結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性以及以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在模具圖紙審核中進(jìn)行充分的論證，確定最優(yōu)的解決方案。

結(jié)束語

沖壓前期自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程中影響生產(chǎn)效率的常見因素，主要來自于設(shè)備、機(jī)械手、模具三方面，本文分別從這三方面對(duì)影響生產(chǎn)效率的常見因素進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際案例探討解決方案。在實(shí)際工作中應(yīng)將問題解決在前期，最終實(shí)現(xiàn)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)效率的提高。