汽車沖壓模具智能化發(fā)展趨勢

楊慶波，董向坤，陳雪元，劉 健，王騰飛，牟少志，周 育

（中國第一汽車股份有限公司-工程與生產(chǎn)物流部，吉林長春 130011）

1 引言

隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展和中國制造2025的推進，國內(nèi)少數(shù)部分汽車企業(yè)生產(chǎn)工廠由自動化向智能化工廠轉(zhuǎn)變。沖壓模具作為汽車制造過程中關(guān)鍵工裝裝備，對其提出了更高的要求。目前汽車沖壓模具中已開始采用一些數(shù)智化的智能設(shè)備，如溫度采集系統(tǒng)、廢料下滑檢測、模具電動平衡塊、氮氣缸無線檢測等先進技術(shù)。

2 模具溫度采集系統(tǒng)

沖壓拉伸模具長時間運行，在拉伸過程中板料與模具發(fā)生相對運動產(chǎn)生熱量，使模具表面溫度升高，模具表面溫度升高造成壓料面及凸凹模間隙過小，板料在成形過程中阻力過大，造成制件在拉伸過程中出現(xiàn)開裂或縮頸等質(zhì)量問題。

模具上加裝模具溫度采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對模具表面溫度的實施監(jiān)控（見圖1），總結(jié)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)量、沖程次數(shù)與模具表面溫度的關(guān)系，對模具的間隙、壓邊圈壓力進行最佳調(diào)整。

圖1 模具表面溫度采集

3 模具電動平衡塊

沖壓生產(chǎn)過程中，通過人工增減平衡塊下方鋼質(zhì)墊片的數(shù)量及厚度，使壓料面間隙合理及壓料力更均勻，沖壓生產(chǎn)更穩(wěn)定，目前這種人工操作的傳統(tǒng)方式（見圖2）已不適應(yīng)自動化、智能化工廠的發(fā)展要求。模具電動平衡塊是一種利用電驅(qū)動進行調(diào)節(jié)的模具平衡塊（見圖3），代替目前人工增減平衡塊墊片厚度的方式，實現(xiàn)模具平衡塊的高精度微量調(diào)節(jié)。

圖2 傳統(tǒng)平衡塊的操作方式

圖3 電動平衡塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

模具電動平衡塊包含控制系統(tǒng)（見圖4）和機械結(jié)構(gòu)兩部分，其原理是（見圖5）：輸入調(diào)整指令，控制器/PLC控制伺服電機驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)部分，使機械結(jié)構(gòu)內(nèi)部組件進行擴張/收斂運動，實現(xiàn)模具電動平衡塊高度的增加/減少。

圖4 模具電動平衡塊控制系統(tǒng)工作流程圖

圖5 模具電動平衡塊工作過程圖

實現(xiàn)功能：根據(jù)制件質(zhì)量及其他因素（模具溫度、板料性能、潤滑以及收料線變化）對壓料面間隙、壓力實現(xiàn)實時調(diào)整，使間隙更合理，壓力更均勻。實現(xiàn)壓料面間隙的自動調(diào)節(jié)。

模具溫度采集系統(tǒng)與模具電動平衡塊結(jié)合使用，可以監(jiān)控分析模具關(guān)鍵部位溫度變化，通過模具電動平衡塊自動補償壓料間隙，降低了生產(chǎn)廢品。

4 模具氮氣缸壓力無線檢測

現(xiàn)在沖壓模具大量使用各種型號的氮氣缸，氮氣缸位于模具型腔內(nèi)部，如不拆解模具無法完成氮氣缸的點檢工作，這樣給模具維修點檢工作帶來一定難度，浪費大量工時，而且點檢氮氣缸無專用工具，只能目視點檢，存在一定誤差。

模具氮氣缸壓力無線檢測（見圖6、圖7）是在氮氣缸安裝無線壓料傳感器，無線壓力傳感器將氮氣缸的壓力信號傳輸至現(xiàn)場的顯示終端，顯示終端顯示所有氣壓表的壓力值，符合標(biāo)準(zhǔn)顯示綠色，高于標(biāo)準(zhǔn)顯示黃色，低于標(biāo)準(zhǔn)顯示紅色，模具維修人員可以通過顯示終端直接判定那些氮氣缸壓力存在問題，實現(xiàn)問題精準(zhǔn)識別，快速維修。

圖6 模具氮氣缸壓力無線檢測原理圖

圖7 模具氮氣缸壓力無線檢測簡易連接圖

5 模具廢料檢測裝置

模具自動化線生產(chǎn)需要廢料排料通暢，廢料單片滑入廢料收集線或掉入廢料收集盒中。當(dāng)發(fā)生廢料排料卡料時（見圖8），由于單臺機床的模具廢料清理工作，會導(dǎo)致整條生產(chǎn)線被迫中斷，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，廢料排料不暢問題已成為影響模具自動化線生產(chǎn)效率的重要部分，甚至成為部分手工線生產(chǎn)轉(zhuǎn)為自動化線生產(chǎn)時模具首要解決問題。如果清理不及時，部分廢料可能堆積在刃口或者堵塞廢料通道，而造成模具刀刃壓壞或其他自動化設(shè)備零件損壞，導(dǎo)致生產(chǎn)、安全、質(zhì)量等事故的發(fā)生。

圖8 模具中廢料排料卡料

模具廢料檢測裝置（見圖9）能夠降低因廢料未及時排出帶來的制件質(zhì)量、模具或自動化設(shè)備損壞等缺陷，進而降低因設(shè)備、模具損壞帶來的停臺問題。

圖9 模具廢料檢測裝置

6 模具到位檢測傳感器

模具活動機構(gòu)是否歸位，板料是否投放到位，可以通過在模具布置到位檢測傳感器，對模具沖壓過程進行實施監(jiān)控，避免因此造成的模具事故。

7 結(jié)束語

模具上加裝模具溫度采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可上傳至系統(tǒng)，實現(xiàn)模具狀態(tài)實時監(jiān)控；模具上加裝模具電動平衡塊，根據(jù)當(dāng)前板料參數(shù)信息，實時調(diào)節(jié)平衡塊高度，提高制件合格率；模具加裝模具廢料檢測裝置，可智能識別廢料滑出狀態(tài)，提供沖壓生產(chǎn)的安全性；模具上加裝氮氣缸壓力無線檢測，可以實時觀察壓力的變化，實現(xiàn)了沖壓模具的智能化維護，提高了模具維修效率。

將模具溫度采集系統(tǒng)、模具電動平衡塊、模具廢料檢測裝置、氮氣缸壓力無線檢測集成在一個系統(tǒng)中，稱之為“模具智能控制系統(tǒng)”（見圖10），這樣可以實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的智能化、數(shù)字化賦能。

圖10 模具智能化控制系統(tǒng)