文/孫妮霞，李祺·東風(fēng)模具沖壓技術(shù)有限公司

隨著冷沖壓制造技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)沖壓以高速的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定的質(zhì)量精度保證其在汽車零部件行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的日益增加以及汽車產(chǎn)量的劇增，現(xiàn)有勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低的高成本、單工序手工生產(chǎn)模式已無法滿足市場(chǎng)變化需求及制造技術(shù)的發(fā)展。為此，未來沖壓生產(chǎn)制造技術(shù)要以自動(dòng)化生產(chǎn)模式逐步取代單工序手工模式。

目前，行業(yè)內(nèi)連續(xù)模生產(chǎn)線的綜合效率和生產(chǎn)應(yīng)用方面還存在一定上升空間：需要停線更換卷料；卷料收卷時(shí)邊緣易變形、大量尾料無法利用造成材料浪費(fèi)；更換模具鑲塊要停線拆卸模具等。而對(duì)于沖壓零部件企業(yè)而言，要提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的能力，重點(diǎn)在于通過提升產(chǎn)品材料利用率、提高生產(chǎn)效率、降低實(shí)物制造成本和提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性來保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

總體方案設(shè)計(jì)

本連續(xù)模生產(chǎn)線采用了雙料架開卷線、微送裝置、雙工作臺(tái)的沖床和線尾皮帶輸送機(jī)、廢料自動(dòng)收集線的工藝布置方案，該生產(chǎn)線為高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)線，應(yīng)用于小批量、多品種的靈活性生產(chǎn)及新項(xiàng)目的前期開發(fā)設(shè)計(jì)及調(diào)試工作，設(shè)定以下5點(diǎn)基本技術(shù)目標(biāo)。

⑴全自動(dòng)化。全線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收卷、自動(dòng)更換卷料、上料、卷料自動(dòng)對(duì)中、自動(dòng)導(dǎo)入校平機(jī)校平后送入模具、自動(dòng)更換模具、廢料自動(dòng)收集等單元信號(hào)集成，實(shí)現(xiàn)一鍵式啟動(dòng)全線自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行的能力。

⑵高效性。沖壓凈節(jié)拍為SPM≥40次，產(chǎn)品切換時(shí)間≤10min。

⑶便捷性。配方管理簡(jiǎn)便快捷，適應(yīng)多品種的快速切換生產(chǎn)。

⑷高效益。材料利用率≥63%。

⑸高質(zhì)量。PPM（提供給用戶的100萬個(gè)零件中，不合格品的個(gè)數(shù)）≤10。

設(shè)備選型

上料機(jī)構(gòu)方案確定

⑴“一鍵式”上料臺(tái)車。在上料臺(tái)車左、右側(cè)設(shè)計(jì)兩個(gè)擋塊，通過卷料寬度設(shè)定擋塊的行走距離來進(jìn)行卷寬方向自動(dòng)對(duì)中。上料臺(tái)車沿導(dǎo)軌自動(dòng)行走到開卷料架處，通過料架上方和上料臺(tái)車下方的紅外線測(cè)量卷料外徑計(jì)算卷料中心位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)卷料上線方向的對(duì)中，實(shí)現(xiàn)一鍵式上料。

⑵“雙頭式”上料架。設(shè)計(jì)可做180°旋轉(zhuǎn)的雙軸式料架，在整線生產(chǎn)不停線的情況下，可在線外更換待生產(chǎn)的卷料，待前一卷料生產(chǎn)完畢后通過料架旋轉(zhuǎn)180°快速更換新卷料，如圖1所示。

圖1 雙頭式上料架

⑶自動(dòng)導(dǎo)正收卷。在料架后側(cè)設(shè)置自動(dòng)收卷裝置，未生產(chǎn)完的卷料需要收卷時(shí)在卷料寬度方向兩側(cè)自動(dòng)導(dǎo)正卷料（圖2），避免卷料偏轉(zhuǎn)晃動(dòng)造成卷料邊緣變形無法再生產(chǎn)，浪費(fèi)材料。

圖2 自動(dòng)導(dǎo)正卷料

⑷“微送料”方案的確定。上料開卷線尾部新設(shè)計(jì)尾料微送裝置（圖3），卷料生產(chǎn)完脫離送料輥后材料無送料動(dòng)力。新增微送裝置直接替代送料輥輪繼續(xù)送料，可以根據(jù)模具長(zhǎng)短進(jìn)行伸縮，在每卷料生產(chǎn)到尾料時(shí)，有很大一部分脫離送料輥的材料需經(jīng)微送裝置繼續(xù)送料，可保證尾料被充分利用。

圖3 新設(shè)計(jì)尾料微送裝置

⑸線外模具和換模方案的確定。在400t設(shè)備前、后兩側(cè)各設(shè)計(jì)兩條行走軌道，行走軌道作為前、后工作臺(tái)來回移動(dòng)的軌道，在整線生產(chǎn)不停線的情況下，線外更換待生產(chǎn)的模具，前套模具生產(chǎn)完畢后移出的同時(shí)移進(jìn)待生產(chǎn)的模具，可快速切換模具。

⑹廢料收集方案的確定。在沖床兩個(gè)工作臺(tái)上分別設(shè)有多個(gè)廢料孔，工作臺(tái)兩側(cè)設(shè)有廢料滑道，在沖床底座中心位置設(shè)有廢料斗，廢料由工作臺(tái)上廢料孔或兩側(cè)廢料滑道經(jīng)沖床底座廢料斗滑落到地坑內(nèi)的廢料線上，廢料線將廢料傳送到地面以上的廢料箱內(nèi)。

設(shè)備自動(dòng)化實(shí)施方案設(shè)計(jì)

⑴“一鍵式”全線自動(dòng)化方案確定。通過壓力機(jī)與開卷送料機(jī)、微送裝置、廢料線、成品輸送帶進(jìn)行聯(lián)鎖控制，參與自動(dòng)送料機(jī)、廢料線等信號(hào)的聯(lián)控。在壓力機(jī)設(shè)有整線產(chǎn)品工藝參數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)配方管理模塊，更換產(chǎn)品時(shí)，只需讀取待生產(chǎn)產(chǎn)品配方號(hào)，就能完成待生產(chǎn)產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)定，整線各部位裝置自動(dòng)根據(jù)工藝參數(shù)調(diào)整。調(diào)整過程為全自動(dòng)，調(diào)整至設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停止，實(shí)現(xiàn)一鍵式啟動(dòng)整線切換生產(chǎn)。

⑵“一鍵式”自動(dòng)上料開卷、收卷。送料機(jī)有產(chǎn)品參數(shù)記憶功能，與壓力機(jī)凸輪系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，出現(xiàn)送料故障時(shí)，給壓力機(jī)發(fā)出指令，壓力機(jī)工作停止。在壓力機(jī)觸摸屏上設(shè)置送料機(jī)界面，監(jiān)控送料角度、矯正凸輪角度等相關(guān)電子凸輪狀態(tài)，并設(shè)置參數(shù)調(diào)整權(quán)限，所有工藝參數(shù)都存儲(chǔ)到設(shè)備記憶模塊，更換產(chǎn)品時(shí)，只需讀取出以前存儲(chǔ)的產(chǎn)品參數(shù)，就能完成新產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)定，然后通過快速方便的操作完成各部位的調(diào)整。

⑶一鍵式自動(dòng)換模。沖床設(shè)計(jì)記憶模塊存儲(chǔ)的產(chǎn)品工藝參數(shù)，更換產(chǎn)品時(shí)只需讀取以前存儲(chǔ)的產(chǎn)品參數(shù)，產(chǎn)品記憶功能快速導(dǎo)入下一個(gè)產(chǎn)品參數(shù)，完成各部位的調(diào)整：上模夾緊器松開移出→工作臺(tái)夾緊器松開/頂起→工作臺(tái)開出→工作臺(tái)開入→工作臺(tái)落下夾緊→產(chǎn)品參數(shù)調(diào)整（兩次裝模高度調(diào)整）→產(chǎn)品參數(shù)確認(rèn)→滑塊下行至下死點(diǎn)→上模夾緊器移入夾緊→換模結(jié)束。

⑷配方管理。通過設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)每個(gè)產(chǎn)品從卷料寬度、料厚、送料速度、送料步距、夾緊和放松角度、送料高度、微送伸縮距離、模具閉合高度等工藝參數(shù)，一個(gè)產(chǎn)品一套配方，實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品不同配方的管理模式，取代切換產(chǎn)品時(shí)人工調(diào)整工藝參數(shù)，能起到防錯(cuò)及快速切換生產(chǎn)時(shí)直接運(yùn)行。

自動(dòng)化工藝生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)

工藝生產(chǎn)設(shè)備選擇方法

連續(xù)模上脫料板與下托料板在料帶脫料過程中，都需要有一定的行程，部分零件因成形深度深，上脫料板與下托料板的行程總和占用了設(shè)備大部分行程，剩余行程則是用于送料機(jī)的送料空間，受到送料機(jī)送料速度的制約，零件生產(chǎn)所能達(dá)到的SPM值往往低于設(shè)備最低允許的SPM，設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

調(diào)試方法設(shè)計(jì)

⑴送料機(jī)送料輥輪夾緊、放松角度的設(shè)計(jì)方法。連續(xù)沖壓生產(chǎn)過程中，在設(shè)備滑塊運(yùn)行的一個(gè)行程中都包含有一個(gè)材料步距送進(jìn)，在滑塊到達(dá)下死點(diǎn)前送料機(jī)送料輥輪放下材料，模具導(dǎo)正銷通過料帶導(dǎo)正孔對(duì)材料進(jìn)行導(dǎo)正，保證步距精度，沖壓完成后滑塊返回時(shí)送料機(jī)送料輥輪夾緊材料開始送料，送料輥輪的夾緊、放松信號(hào)與設(shè)備信號(hào)聯(lián)鎖，在送料輥輪夾緊、放松的瞬間設(shè)計(jì)設(shè)備曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，同時(shí)在模具導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分運(yùn)行到料帶導(dǎo)正孔內(nèi)2～3mm時(shí)，設(shè)計(jì)送料機(jī)送料輥輪夾緊、放松，如圖5所示。

圖5 送料機(jī)送料輥輪夾緊、放松角度的設(shè)計(jì)方法

⑵確定微送位置的方法。在連續(xù)模生產(chǎn)過程中為了不影響產(chǎn)品質(zhì)量、不損壞模具，避免材料浪費(fèi)，卷料經(jīng)過送料輥輪進(jìn)入模具時(shí)的角度越小，卷料變形越小，越有利于生產(chǎn)穩(wěn)定，在料帶送料沒有問題的情況下托料板行程設(shè)定到最小，同時(shí)卷料擺動(dòng)角度設(shè)定為≤3°，如圖6所示。

⑶卷料料頭在模具上起始位置的方法。卷料進(jìn)入模具后模具上不得留有修邊廢料，若有修邊廢料存在時(shí)操作工容易疏忽未清理造成模具損壞，另外在后工位容易造成零件單側(cè)成形受力不均衡影響質(zhì)量，為避免上述問題，模具上設(shè)計(jì)卷料起始線來消除廢料的產(chǎn)生和保證良好的成形性，同時(shí)也避免零件報(bào)廢，材料起始線在下模FR側(cè)，加工成V形槽。

⑷線下更換字頭的方案。我公司實(shí)行小批量、多品種滾動(dòng)生產(chǎn)模式，每個(gè)產(chǎn)品每次生產(chǎn)均需更換生產(chǎn)標(biāo)識(shí)，以往每次更換字頭都需在線上進(jìn)行，大大降低了生產(chǎn)效率。為解決該問題新設(shè)計(jì)抽屜式字頭結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)前線下直接抽出裝有字頭的安裝板，更換字頭后再插到字頭安裝座，簡(jiǎn)單、快捷，如圖7所示。

⑸在線快速維修方案（圖8）。連續(xù)模在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品往往會(huì)出現(xiàn)毛刺等缺陷，不可避免需要在線維修模具，按傳統(tǒng)模具結(jié)構(gòu)則需要拆卸模具維修后再上線生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)效率，新設(shè)計(jì)“天窗式”壓料板便于在線維修，提高生產(chǎn)效率。

⑹零件到位自動(dòng)檢測(cè)。零件在高速生產(chǎn)過程中，料帶容易出現(xiàn)異常而送不到位，沖床未停機(jī)繼續(xù)沖壓極易損壞模具和浪費(fèi)材料，因此在模具出件側(cè)設(shè)計(jì)到位檢測(cè)裝置與設(shè)備信號(hào)連通，檢測(cè)裝置未檢測(cè)到零件時(shí)無信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警并使沖床停機(jī)。

圖6 確定微送位置

圖7 字頭安裝板

圖8 在線快速維修方案

結(jié)束語

連續(xù)模生產(chǎn)線不僅從設(shè)備結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)研發(fā)了一條集雙軸旋轉(zhuǎn)料架上料、尾料矯正收卷、自動(dòng)化尾料微送、沖壓加工、廢料及成品收集于一體的全自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了一鍵式上料開卷、一鍵式換模、一鍵式自動(dòng)收卷、一鍵式廢料收集，通過產(chǎn)品工藝參數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配方式管理模式，在10分鐘內(nèi)切換生產(chǎn)，解決零部件行業(yè)內(nèi)小批量、多品種靈活生產(chǎn)需求，還從工藝角度研究零件SPM與設(shè)備能力的關(guān)系、快速更換模具鑲塊等特殊模具結(jié)構(gòu)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。生產(chǎn)SPM平均達(dá)到42.7次/分鐘，生產(chǎn)效率提高100%、材料利用率提升到63%以上，每年節(jié)約材料成本158萬元，此整線生產(chǎn)方式為降低制造成本及高效的自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。