雷玉霞，劉玉三，許 諾，廖 勇，溫在慧

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545000）

0 引言

在傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)方式中，模具相對(duì)獨(dú)立，不與機(jī)臺(tái)產(chǎn)生交互作用，機(jī)臺(tái)之間零件的傳遞方式為人工搬運(yùn)，生產(chǎn)效率低，零件精度一致性難以保證。隨著信息科技技術(shù)的發(fā)展以及自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)沖壓線應(yīng)運(yùn)而生。沖壓自動(dòng)線以其特有的高效能、高安全性和穩(wěn)定性，成為沖壓行業(yè)的發(fā)展趨勢，國內(nèi)越來越多的汽車生產(chǎn)廠家采用自動(dòng)線以滿足高速的生產(chǎn)制造需求[1-4]。因此，部分沖壓舊模具會(huì)面臨自動(dòng)化改造的問題[5-10]。

通過深入對(duì)比沖壓手動(dòng)線和自動(dòng)線的不同點(diǎn)，總結(jié)沖壓舊模自動(dòng)化改造的要點(diǎn)，對(duì)比舊模軟硬件改造方式方法，并通過實(shí)踐總結(jié)，指出改造過程中涉及的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題的優(yōu)化解決方案，用以指導(dǎo)沖壓自動(dòng)化改造，從而提升生產(chǎn)效率，保持零件一致性，滿足銷售需求，提升客戶滿意度。

1 沖壓舊模自動(dòng)化改造要點(diǎn)

1.1 沖壓自動(dòng)線和手動(dòng)線的對(duì)比分析

沖壓手動(dòng)線和自動(dòng)線現(xiàn)場照片，如圖1 所示。手動(dòng)線特征：（1）通常為4 臺(tái)壓力機(jī)連線生產(chǎn)，壓機(jī)選用油壓機(jī)或者機(jī)械壓力機(jī)；（2）首臺(tái)壓機(jī)為拉延機(jī)臺(tái)，配備氣墊頂桿；（3）各機(jī)臺(tái)之間工序件傳輸為人工手動(dòng)搬運(yùn)；（4）模具為手動(dòng)螺桿鎖緊；（5）廢料不要求滑出機(jī)臺(tái)外，可以手動(dòng)進(jìn)行廢料的清理；（6）零件定位、雙料、放件到位等均為肉眼判斷；（7）模具上基本無電器元件。

圖1 沖壓線手動(dòng)線和自動(dòng)線現(xiàn)場照片

自動(dòng)線特征：（1）通常為4 臺(tái)/5 臺(tái)機(jī)臺(tái)，壓機(jī)大多選用機(jī)械壓力機(jī)；（2）首臺(tái)壓機(jī)為拉延機(jī)臺(tái)，配備氣墊頂桿，不配備廢料斗；（3）線體由線首單元、壓力機(jī)間單元和線末單元組成。其中，線首單元包含2 臺(tái)堆垛小車、2 臺(tái)上料機(jī)器人、清洗涂油機(jī)和送料皮帶等；壓力機(jī)間單元包含4 臺(tái)機(jī)械壓力機(jī)和3 臺(tái)七軸機(jī)器；線末單元包含1 臺(tái)六軸機(jī)器人和出料皮帶等；（4）各機(jī)臺(tái)之間工序件傳輸為機(jī)器人搬運(yùn)（六軸/七軸）；（5）模具采用自動(dòng)鎖付方式鎖緊；（6）廢料不僅要求滑出模具，還需要滑出機(jī)臺(tái)外，從機(jī)臺(tái)邊配備的廢料斗，滑落到地坑里；（7）配備多種感應(yīng)，如視覺識(shí)別，雙料感應(yīng)，工序件到位感應(yīng)，模具各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)到位感應(yīng)等；（8）模具上布置多種電器元件。

自動(dòng)線涉及多個(gè)電器元件和集成控制系統(tǒng)。每個(gè)機(jī)器人和每個(gè)機(jī)臺(tái)都是單獨(dú)的控制系統(tǒng)，整線則為一個(gè)集成的控制系統(tǒng)。圖2 所示為自動(dòng)沖壓線整線I/O 信號(hào)傳遞情況，任何一個(gè)板件到位和前后動(dòng)作順序都轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由線體集成統(tǒng)一調(diào)配和控制。通過了解自動(dòng)沖壓線的整體運(yùn)行機(jī)制、機(jī)器人運(yùn)行規(guī)則、視覺識(shí)別技術(shù)原理、整線集成規(guī)則等，和掌握自動(dòng)線生產(chǎn)機(jī)臺(tái)現(xiàn)有條件和一般規(guī)律，如自動(dòng)夾緊裝置、快速定位裝置、板件到位感應(yīng)、斜楔運(yùn)動(dòng)到位感應(yīng)、氣動(dòng)裝置等，有利于對(duì)比自動(dòng)線和手動(dòng)線不同，尋找舊模具軟硬件缺少的設(shè)施，有利于編制詳細(xì)的舊模具改造方案。

圖2 自動(dòng)沖壓線I/O 信號(hào)傳遞示意圖

1.2 自動(dòng)沖壓線生產(chǎn)要點(diǎn)

通過詳細(xì)對(duì)比我司沖壓自動(dòng)線和手動(dòng)線，包含機(jī)臺(tái)設(shè)備、機(jī)器人、端拾器、模具等相關(guān)軟硬件及其連接互通方式，確定自動(dòng)沖壓生產(chǎn)要點(diǎn)如下：

（1）機(jī)器人采用七軸機(jī)器人，則各工序之間零件傳序方向一致，無需在工序件進(jìn)行零件180°旋轉(zhuǎn)，確定模具接氣口和電器盒安裝位置。

（2）為快捷安裝模具，各套模具需要增加左右兩個(gè)快速定位孔，孔徑φ60 mm，左邊的孔徑公差0.3 ～0.4 mm，右邊孔徑公差1 ～2 mm，精度高的為主定位孔，另一個(gè)為副定位孔。

（3）自動(dòng)沖壓線機(jī)臺(tái)臺(tái)面較大，可容下大型模具。舊模具部分左右件未并模，此時(shí)，兩套模具可聯(lián)合一起上機(jī)臺(tái)，但需要保持一致的閉合高度，且中部連接區(qū)域，不妨礙機(jī)器人抓取和運(yùn)輸軌跡。

（4）自動(dòng)線頂桿行程為60 ～300 mm，且初始狀態(tài)頂出機(jī)臺(tái)臺(tái)面高度60 mm；需要對(duì)舊模具所有頂桿腿進(jìn)行硬件干涉檢查，確保模具可平行置于機(jī)臺(tái)上。

（5）自動(dòng)線上模馬槽鎖緊采用自動(dòng)鎖緊裝置，需要增加寬160 mm 的感應(yīng)面，作為鎖緊裝置限制面。

（6）為保證換模速度，約定自動(dòng)線模具拉延模閉合高度為1000 mm；后工序模具閉合高度為1200 mm。

（7）二級(jí)廢料滑槽超出機(jī)臺(tái)最大距離為100 m。若超過該范圍則模具干涉立柱，無法進(jìn)入線體。

（8）各工序增加板料和工序件到位感應(yīng)器；各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要增加到位感應(yīng)。

（9）為保證自動(dòng)線效率提升，前后工序中心距保持一致；沖壓方向不做多個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)而只做單個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。

1.3 舊模改造自動(dòng)化點(diǎn)檢和改造方案

通過詳細(xì)的對(duì)比沖壓自動(dòng)線和手動(dòng)線的生產(chǎn)不同點(diǎn)，形成舊模改造自動(dòng)化點(diǎn)檢表，見表1。主要通過局部改造、增加匹配設(shè)備、增加電子元件、增加傳輸端拾器等方式，對(duì)模具進(jìn)行軟硬件升級(jí)。

表1 舊模改造自動(dòng)化點(diǎn)檢表

2 模具軟硬件改造實(shí)例

按照上述點(diǎn)檢表，對(duì)需要增加的感應(yīng)器、端拾器和電器盒等進(jìn)行一一確認(rèn)，確保模具硬件符合自動(dòng)線要求。圖3 為增加的一些典型硬件。（a）和（b）圖為增加快速定位孔前后對(duì)比；（c）圖為手動(dòng)線分兩條線上線生產(chǎn)的車門外板模具，合并上自動(dòng)線，增加墊板以調(diào)節(jié)至一致的閉合高度；（d）圖為在原有角度不夠的廢料滑槽上增加波紋板，以使廢料順利滑出機(jī)臺(tái)外；（e）圖所示為增加的氣動(dòng)接口和電器盒。

圖3 舊模軟硬件改造部分示例

3 模具調(diào)試難點(diǎn)優(yōu)化解決方案

在舊模硬件改造完成之后，需要上自動(dòng)線進(jìn)行模具調(diào)試。模具首次上線調(diào)試包含機(jī)器人軌跡調(diào)試、模具自動(dòng)化原件調(diào)試、模具與機(jī)器人軌跡干涉驗(yàn)證、端拾器的安裝調(diào)試和線首拆垛機(jī)器人的調(diào)試。生產(chǎn)過程中，鈑金出現(xiàn)的手動(dòng)線沒有或者可接受的缺陷優(yōu)化；由于高速生產(chǎn)導(dǎo)致的，零件外觀問題和精度問題等。

3.1 沖壓鐵屑的優(yōu)化

模具修邊鐵屑產(chǎn)生之后，由于其質(zhì)量較輕，會(huì)隨著沖壓速度快而形成的氣流發(fā)生不規(guī)則的飄動(dòng)，若鐵屑進(jìn)入模具型腔內(nèi)，則容易造成的零件壓傷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鐵屑?jí)簜慵r(shí)，需要停機(jī)對(duì)各序模具進(jìn)行排查和擦拭，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)節(jié)拍，目前，鐵屑問題已成為制約模具自動(dòng)線生產(chǎn)效率提升的主要障礙，也成為行業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)研究課題及難題。沖壓舊模改造不可對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模改動(dòng)，一定程度上制約了上述問題的優(yōu)化程度。鐵屑的優(yōu)化，首先必須做好模具的基本工作，保證刃口的硬度、刃口間隙和刃口的垂直度。除此之外，還可以通過以下幾種方式進(jìn)行優(yōu)化。

（1）后工序壓料板做成臺(tái)階式避讓。修邊、整形工序，在確保壓料板有效工作面積的前提下，將壓料板做成臺(tái)階式避讓結(jié)構(gòu)，盡量減少壓料板與工序件的接觸面積，如圖4（a）所示，使鐵屑大概率附著在非工作型面上，減少壓料板壓傷零件的概率。

（2）后工序壓料板鉆避讓孔。相同原理，可在壓料工作區(qū)域鉆避讓孔，在產(chǎn)生鐵屑時(shí)，使鐵屑大概率附著到避讓孔位置，如圖4（b）。壓料板的避讓距離要確保有效的工作壓料寬度，修邊類的留20 ～40 mm 的有效壓料寬度、整形翻邊類的模具留70 ～80 mm 的壓料面。

圖4 壓料板臺(tái)階式避讓示意圖

（3）增加吹氣輔助裝置。在模具調(diào)試階段，可以根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的情況，在毛刺、鐵粉頻發(fā)位置，如凸模廢料刀位置、修邊交刀位置、轉(zhuǎn)角、側(cè)剪等集中產(chǎn)生鐵屑位置增加輔助吹氣裝置，這些吹氣管可以裝在下模刃口附近，也可以裝在上模廢料刀附近，見圖5 所示。具體吹氣方向根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)效果反復(fù)驗(yàn)證最終確定下來。生產(chǎn)時(shí)通過機(jī)臺(tái)控制吹氣通斷，在機(jī)臺(tái)下行壓件時(shí)，控制氣路斷開，防止吹氣造成鐵粉帶入模腔壓傷零件，機(jī)臺(tái)壓件完之后上升時(shí)，控制氣路通氣吹鐵粉，將鐵粉吹出模腔外。

圖5 增加吹氣裝置實(shí)物照

3.2 廢料不排問題優(yōu)化

自動(dòng)沖壓線沖裁和沖孔廢料需要經(jīng)模具上的廢料滑槽滑至機(jī)臺(tái)外，由廢料斗引入地坑廢料回收線。若廢料卡在模具上，無法排出，會(huì)造成廢料孔的塞積，最終導(dǎo)致沖孔組件和修邊刀塊的崩裂，甚至某些廢料飛濺至斜楔導(dǎo)滑位置，影響斜楔正常運(yùn)行，最終會(huì)造成重大生產(chǎn)事故，被迫停產(chǎn)。新模設(shè)計(jì)可從兩方面入手解決廢料不排問題：（1）增大廢料滑槽的角度，以增加廢料的下滑力；（2）廢料滑槽寬度增大，確保廢料的旋轉(zhuǎn)仍能通過。然而，舊模自動(dòng)化改造是在現(xiàn)有模具上進(jìn)行廢料不排的優(yōu)化，不能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大范圍改動(dòng)，僅可小范圍改動(dòng)。

廢料不排的優(yōu)化措施：

（1）增加擋板避免廢料干預(yù)斜楔運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)罩左右側(cè)側(cè)切廢料翻轉(zhuǎn)，卡在模具活動(dòng)凸輪與模座間隙中間造成廢料不排。此時(shí)，需要在模具活動(dòng)凸輪與模座增加擋板，增加托料裝置防止廢料翻轉(zhuǎn)進(jìn)入斜楔，如圖6（a）所示。

（2）局部更改模具結(jié)構(gòu)，增大廢料排出空間。側(cè)圍一處廢料滑落時(shí)，與模具筋條干涉，造成廢料不排。此時(shí)，需要將模具筋條進(jìn)行倒角處理，增大廢料排出空間，如圖6（b）所示。

（3）增加輔助彈片、頂料氣缸等裝置。側(cè)圍尾燈處頂出機(jī)構(gòu)頂廢料狀態(tài)不穩(wěn)定，廢料彈出落下軌跡不受控。通過3 個(gè)措施進(jìn)行改善：下模刃口避讓修空；下模增加輔助彈片；調(diào)整下模頂料氣缸，如圖6（c）所示。

（4）增加上模頂料銷裝置。側(cè)圍加油口處OP20廢料發(fā)生翻轉(zhuǎn)，卡在滑槽與模座中間，造成廢料不排；同時(shí)，由于板料上有油膜，廢料易被上模刀塊吸起，若吸至模面上，則造成零件報(bào)廢。通過兩個(gè)措施進(jìn)行改善：下模刃口增加避讓；按圖6（d）示追加3 個(gè)彈頂銷，確保加油口廢料每片都排料。

圖6 廢料不排進(jìn)入斜楔增加擋板

3.3 零件面品問題優(yōu)化

部分零件在模具改造成自動(dòng)線之后，出現(xiàn)局部面平不良等問題，部分解決方案：

（1）零件姿態(tài)變更，優(yōu)化機(jī)器人軌跡。如圖7 所示，發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板翻邊面出現(xiàn)面品不良。最初認(rèn)為是凸輪回程不足與零件干涉造成，經(jīng)檢查模具圖紙?jiān)撎幫馆喕爻毯笈c零件離空6 mm；該工序機(jī)蓋尾部翻邊后刮料器將零件刮起，零件姿態(tài)發(fā)生變化，零件尾部上翹頭部下沉，正常取件與下模輕微干涉。整改方案：調(diào)試取料端拾器軌跡，先向F向移動(dòng)后再Z向抓起。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板翻邊面品不良

（2）優(yōu)化排氣。發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板第三序下模設(shè)計(jì)有避讓孔，用于下模座螺桿鎖付，模具該區(qū)域排氣不足，在壓機(jī)速度為14 c/min 時(shí)零件外觀無不良現(xiàn)象，16 c/min 時(shí)面凹輕微，18 c/min 時(shí)面凹加劇，如圖8 所示。優(yōu)化方案：對(duì)應(yīng)上模壓料面做避讓，同時(shí)左右側(cè)各新增一個(gè)φ25 的排氣孔。

圖8 發(fā)動(dòng)機(jī)罩A 面面品不良

3.4 自動(dòng)線原件不良優(yōu)化

舊模改造成自動(dòng)線后，增加許多自動(dòng)線電器元件和設(shè)備，上線調(diào)試后投入生產(chǎn)后還需要進(jìn)一步調(diào)試，部分電器元件和設(shè)備出現(xiàn)匹配問題，優(yōu)化方案如下：

（1）端拾器設(shè)計(jì)不良。端拾器是自動(dòng)線上各工序之間搬運(yùn)零件的設(shè)備工裝，其上布置有多個(gè)吸盤，吸盤連接真空發(fā)生器，通過程序進(jìn)行控制，抽真空進(jìn)行零件抓取，放氣則進(jìn)行零件放置。背門外板端拾器前期基于工法圖進(jìn)行端拾器吸盤位置和大小的布置，端拾器剛朵拉高度按照高出零件最高點(diǎn)60 ～80 mm 進(jìn)行設(shè)計(jì)，布置相應(yīng)支臂，輸出支臂長度。這種設(shè)計(jì)方式，未考慮到模具結(jié)構(gòu)對(duì)端拾器的影響，在尾門上下段第五序模具調(diào)試時(shí)，由于模具存在斜楔，在保證剛朵拉與斜楔30 mm 安全距離的情況下，出現(xiàn)端拾器支臂長度不夠的不良，如圖9 所示。整改方案：在保證剛朵拉與斜楔安全距離30 mm 的前提下，替換第五工序長度不足的支臂。因此，端拾器的設(shè)計(jì)應(yīng)該基于模具圖紙，而不是工法圖紙。

圖9 優(yōu)化前后的后背門外板端拾器

（2）感應(yīng)器感應(yīng)不良。側(cè)圍外板拉延工序，重力作用下板料翹起，且在設(shè)備下壓瞬間板料抖動(dòng)，存在短暫時(shí)間內(nèi)感應(yīng)器感應(yīng)不到板料，導(dǎo)致設(shè)備急停。整改對(duì)策：墊高感應(yīng)器，增加檢測桿長度，由55 mm 增至80 mm；補(bǔ)焊感應(yīng)器檢測板，使得感應(yīng)器更靈敏，由之前的感應(yīng)4 ～5 mm 亮燈優(yōu)化至感應(yīng)桿滑動(dòng)2.5 mm即感應(yīng)到位，如圖10 所示。

圖10 優(yōu)化前后的感應(yīng)器

4 結(jié)語

通過深度對(duì)比沖壓手動(dòng)線和自動(dòng)線不同點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了沖壓舊模自動(dòng)化改造的要點(diǎn)。列舉舊模軟硬件改造方式方法，并通過實(shí)踐總結(jié)，指出改造過程中涉及的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題的優(yōu)化解決方案，得到以下主要結(jié)論：

（1）舊模自動(dòng)化改造，需要考慮軟件和硬件兩方面。軟件方面，需要了解整個(gè)線體的I/O 信號(hào)傳遞路徑，在必要的位置增加感應(yīng)器等電子元件；硬件方面，需要掌握線體的布置規(guī)律和設(shè)備信息，對(duì)照現(xiàn)有模具進(jìn)行模具尺寸、快速定位等相應(yīng)改造；同時(shí)提前準(zhǔn)備自動(dòng)線特有的端拾器等。

（2）舊模自動(dòng)化改造，出現(xiàn)的鐵屑問題的主要措施：后工序壓料板做成臺(tái)階式避讓、壓料板鉆避讓孔和增加吹氣輔助裝置；廢料不排問題的主要措施為：增加擋板避免廢料干預(yù)斜楔運(yùn)動(dòng)；局部更改模具結(jié)構(gòu)，增大廢料排出空間；增加輔助彈片、頂料氣缸等裝置；增加上模頂料銷等；零件面品問題的措施需要針對(duì)具體的問題進(jìn)行詳細(xì)的分析，注意考慮零件姿態(tài)變化、機(jī)器人軌跡和排氣孔等；自動(dòng)線端拾器設(shè)計(jì)，需要基于對(duì)應(yīng)的模具進(jìn)行設(shè)計(jì)；拉延類感應(yīng)器的布置考慮板料重力狀態(tài)，選擇平穩(wěn)的位置設(shè)置定位器。