文／支明遠(yuǎn)，孫林·江鈴汽車股份有限公司

近年來，由于國家建設(shè)發(fā)展的需要，中重型載貨汽車需求量越來越大。由于重載汽車縱梁料厚板重，傳統(tǒng)手動落料生產(chǎn)模式不僅生產(chǎn)效率低，而且人工搬料存在一定的安全隱患，無法滿足增產(chǎn)需要。因此，創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)縱梁落料自動化是目前的發(fā)展方向。

模具設(shè)計總體思路

圖1 是某款卡車縱梁落料件，材質(zhì)為B510L，料厚為6mm，產(chǎn)品凈重74.86kg，總孔數(shù)351 個，其中φ7mm 孔26 個，φ9mm 孔52 個，φ11mm 孔198 個，φ13mm 及以上孔75 個，通過沖裁力計算，平刃沖裁力達(dá)到了39512kN，因此，選擇在5000t 機(jī)械壓力機(jī)上進(jìn)行落料沖孔。首先，由于縱梁落料沖孔沖裁力大，根據(jù)以往經(jīng)驗斷沖頭是影響生產(chǎn)效率的一個主要因素；其次，由于板料長，坯料在長度方向會存在一定的翹起，要實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，需要穩(wěn)定的定位且投料時料片能被順利感應(yīng)檢測到；最后，自動化生產(chǎn)需要確保廢料能順利下滑，模具高度尺寸及修邊廢料尺寸需要提前考慮，以免影響廢料下滑。這些難點問題需要在模具前期設(shè)計中做充分考慮，以做出更優(yōu)化的模具設(shè)計方案。

圖1 某款卡車縱梁落料沖孔件

模具穩(wěn)定可靠的定位設(shè)計

縱梁因自動化生產(chǎn)頻率較快，板料能否擺放到位會直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。模具上料利用機(jī)器人視覺對中，公差精度可以控制在±2mm，其原理是利用拍照獲得的板料位置圖像經(jīng)視頻處理軟件后自動調(diào)整機(jī)器人的軌跡，最終將板料準(zhǔn)確置入模具內(nèi)，但由于放置到模具內(nèi)會有一個35mm 的高度，如果只是采用一端定位的話，實際放置到模具內(nèi)時料會存在一些錯動，導(dǎo)致產(chǎn)品沖切報廢(圖2)。為了解決這一問題，前端和后端都需要設(shè)計外形定位以確保投料定位精準(zhǔn)，如圖3、圖4 所示。

圖2 定位不到位壓出的產(chǎn)品

圖3 下模前端的外形定位設(shè)計

圖4 下模后端的外形定位設(shè)計

模具穩(wěn)定可靠的投料檢測設(shè)計

縱梁坯料在長度方向上都會存在一定的翹變量，有的甚至?xí)_(dá)到12mm，因此在縱梁前端或后端布置側(cè)面的投料檢測開關(guān)都會存在檢測不到料的情況。為解決此感應(yīng)檢測不穩(wěn)定的問題，設(shè)計上采取的方案就是采用在底部布置投料檢測器，共布置兩個，分別布置在距兩端1200mm 的位置。選擇額定感應(yīng)距離相對較大的投料檢測器，型號為Bi10-M30-AN6X，感應(yīng)距離為10mm，見圖5。模具設(shè)計上從這兩個方面來確保投料檢測穩(wěn)定，以消除來料翹起帶來的感應(yīng)檢測影響。

圖5 落料沖孔模上安裝的投料檢測器

合理的刃口及沖頭分級設(shè)計消除斷沖頭的影響

卡車縱梁由于料厚及強(qiáng)度大，生產(chǎn)過程中斷沖頭及沖頭拔起一直是困擾生產(chǎn)效率提升的難題，因此，必須從源頭設(shè)計方面優(yōu)化考慮。主要是受振動的影響，振動會造成橫向位移及縱向位移，其中橫向位移會對沖裁間隙造成影響，從而導(dǎo)致沖頭斷裂或沖頭拔起。

首先，要從設(shè)計上去降低沖裁力的影響，一是落料凹模設(shè)計成波浪刀口，波浪刀口高度落差24mm，凹模鑲塊長度設(shè)計在(280±20)mm，以利于熱處理及拆裝，見圖6。二是卡車縱梁孔多，沖孔對沖裁力有很大的影響，需對沖頭吃入量進(jìn)行分級以降低沖裁力，共分為6 級，3mm 分1 級，具體分級見表1，同時在分級設(shè)計時考慮盡量不要出現(xiàn)偏載。通過上述設(shè)計，沖裁力可由平刃沖裁力39512kN 降至20245kN，實現(xiàn)沖裁力的下降，降低生產(chǎn)過程中振動對沖頭造成的影響。對于不同級的等孔徑?jīng)_頭，為了避免使用時的安裝錯誤，在標(biāo)準(zhǔn)件選型上做了區(qū)分：沖頭固定部分直徑不一樣；同固定直徑的法蘭部位作區(qū)分，分別是D 字形、圓形兩種規(guī)格。

圖6 落料凹模波浪刀口設(shè)計

表1 沖頭分級表

其次，就是考慮如何消除振動對沖頭固定座的影響，為節(jié)省空間位置傳統(tǒng)的設(shè)計基本都是采用獨立的沖頭三角式固定座，這種獨立式的沖頭固定座優(yōu)勢就是有利于解決沖孔毛刺問題，劣勢就是生產(chǎn)過程中容易振松導(dǎo)致沖頭斷裂或拔沖頭問題。隨著加工設(shè)備精準(zhǔn)度的不斷提高，由加工問題導(dǎo)致的凸凹模間隙單邊的問題也越來越少，為避免出現(xiàn)沖頭固定座振松的問題，將傳統(tǒng)的獨立沖頭固定座改為集成沖頭固定座，見圖7。

圖7 集成式?jīng)_頭固定座

廢料下滑方式設(shè)計

對于自動化模具，廢料的順利排出是非常關(guān)鍵的，必須在設(shè)計中給予充分考慮，好的廢料下滑設(shè)計將大大節(jié)省后續(xù)模具調(diào)試時間。自動化模具要求修邊廢料滑板角度不能小于25°，角度可盡量設(shè)計大一些，結(jié)合模具的干涉曲線，將模具廢料滑板角度設(shè)計成35°，如圖8 所示。修邊廢料對角線長度尺寸不能超過800mm，以免出現(xiàn)廢料卡在廢料輸送鱗板線里。所有的沖孔廢料通過設(shè)計在模具下面的皮帶輸送機(jī)輸送至模具體外，見圖9。對于修邊廢料，廢料刀不是采取垂直90°來設(shè)計，而是設(shè)計成95°，充分考慮利用廢料自身的重心，確保落料修邊廢料的順利下滑，同時也會在上模凹模鑲塊上增設(shè)彈頂銷來輔助修邊廢料下滑，如圖10 所示。

圖8 模具修邊廢料下滑角度

圖9 設(shè)計在模具下面的沖孔廢料皮帶輸送機(jī)

圖10 合理的廢料刀結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具投入生產(chǎn)使用效果

模具投入生產(chǎn)，實際生產(chǎn)噸位在20000kN 左右，沖裁力有了明顯的下降，斷沖頭頻次也很低，經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)5 萬壓次測算統(tǒng)計，平均生產(chǎn)1500 壓次會斷一次沖頭，每小時的壓次數(shù)可以做到140，這在國內(nèi)行業(yè)內(nèi)已經(jīng)處于領(lǐng)先水平。同時由于沖裁力的下降，設(shè)備故障也有了明顯的減少，像之前出現(xiàn)的固定螺栓松脫、裝模高度調(diào)整電機(jī)抱閘松動、油管爆管等設(shè)備故障問題都有了很大的改善，對于5000t 這種大功率的機(jī)械壓力機(jī)來說，這些改善也大大降低了能耗成本。

結(jié)束語

卡車縱梁落料自動化的實現(xiàn)，不僅依靠沖壓技術(shù)水平的發(fā)展，更是依靠機(jī)器人及智能控制技術(shù)的發(fā)展，其成功運(yùn)用，改寫了自動化只能做大梁成形的歷史，是在厚板沖壓技術(shù)領(lǐng)域的一次飛躍。此卡車縱梁落料自動化也以更高的作業(yè)效率、更穩(wěn)定的質(zhì)量水平、更安全的操作方式贏得行業(yè)的認(rèn)可。在汽車行業(yè)競爭日益激烈的今天，可以大大降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提升企業(yè)競爭力。

——文章選自《鍛造與沖壓》2022年第14期