多工位模具
關注創建者：模具設計學習 創建時間：2020-05-06
多工位模具的實例教程
工藝布置簡介
本文所述中型沖壓件的多工位模具結構是總結了一類零件（汽車中型件）特征，將原本固有工作內容，經過精確的計算，給出合理均衡的布局方案，使工作行程內的時間和空間上都能實現一種載荷均布，從而使多個工位組合在一起工作成為可能，而非簡單的功能疊加。確保模具使用壽命的前提下，實現多個工位組合從而提高效率、減低成本。
關鍵在于實現了多個單工位模具的一體化設計，從要實現一副模具同時具備盡量多的工序內容，就必須從依靠復雜的結構甚至犧牲一部分模具強度的定向思維中解放出來。從工法和結構兩方面結合的角度突破模具設計的常規思路。
難點是該模具結構把多個單工位模具排到一副模具上沖壓時，需要考慮工序件的空間相對位置、操作空間、沖裁力分布均衡、行程排布、過程中偏載解決、加工、裝配方案等。
2. 該非標結構設計介紹
（1）主要部件介紹 圖1、圖2為該多工位模具的相關視圖。
（2）結構布局介紹 本多工位模具結構與普通模具機構相比，主要有以下特點：
第一，考慮到整體布局的平衡，模座上三個工序內容的工作部件安裝彼此獨立，中間工序內容處于模具中心，另外兩個工序內容對稱布置在兩側。
第二，考慮到人員操作方便、模具部件安裝空間及模具廢料下滑空間，把相鄰兩個工序之間設計為500mm等間距布置。
第三，考慮模座加工可行性、模具部件裝配方便性，模具壓芯限位設計采用螺釘（部件22、23、27、28）代替側銷的方案，由于修邊工位壓芯（部件24）設計需要兼顧導向（部件20）安裝、彈簧（部件21）安裝及自身強度，其輪廓尺寸超過修邊線輪廓，為避免拆壓芯時拆修邊刀塊，設計了壓芯蓋板（見圖2），使壓芯可以從模座的背面拆裝。
第四，考慮三個工序共同組成的沖壓沖次，模具在一個完整的行程里，工作力（沖裁力）分布需要均衡，壓料力分布盡量對稱，模具整體導向充分考慮防側和穩定性。
展開 （2）此類多工位模具結構應用制約分析 通過以上分析，可以看出此類中型件沖壓多工位結構應用的優勢所在。然而凡事都具有兩面性，此類結構同樣具有其局限性。主要表現在：①該結構需要考慮受力的均衡性，因此主要應用于對稱部件，對于形狀落差大的部件往往無法設計均衡。②此類結構受到現有機床尺寸的限制，無法應用到較大的沖壓件上。
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展開 因此它必須具有足夠強度和剛度，保證送料過程中不因為載體自身的變形或斷裂而影響送料，甚至損壞模具。
載體和普通沖模排樣中搭邊既相似又不同，搭邊主要是為了補償定位誤差使沖裁后的制件外形完整而設置的，所以對于要求較高的制件常采用有搭邊的沖裁。搭邊值大小以保證沖出合格制件為原則，它與沖件形狀、大小、料厚、送料方式和模具結構特點等有關。普通沖裁的排樣有“無廢料排樣”，就是無搭邊排樣。而載體在多工位級進模中是絕對不可缺少的，沒有載體便不能進行多工位級進模的自動化沖壓。-般情況下，都是利用條料的載體和連在其上的沖件，浮離凹模平面-定高度，平穩地送進到每一個工位，完成沖壓動作。載體形式的確定，在多工位級進模的排樣設計中是很重要的一個內容，它對材料利用率高低影響最大，還關系到能否保證正常生產和保證制件的沖制精度，影響到模具復雜程度和制造難度等。
由于多工位級進模在排樣設計時，常常將用于精定位的導正銷孔設置在載體上，同時為了保證載體的強度，載體的寬度尺 寸遠比普通沖壓搭邊值要大得多，有的大2~4倍。這樣材料的利用率相對低一些，因此在排樣設計時，應在不影響我體強度的前提下，盡量減小載體的尺寸，提高材料的利用率，合理確定載體形式。
(2)載體的基本類型與特點
根據制件的形狀、變形性質和料厚等不同情況，可選用的載體，基本類型有三種，即雙側載體、單側載體、中間載體。
①雙側載體雙側載體又稱雙載體。指在條料兩側分別留出一-定寬度的材料用于運載工序件，工序件連接在兩側載體的中間，此種載體的外形保持很完整，導正銷定位孔常放在兩側載體上。載體的強度和送料穩定性最好，所以是最為理想的載體，故又稱標準載體，不足之處是材料的利用率較低。
雙側載體可分為等寬雙側載體、不等寬雙側載體和邊料載體。
展開 通過優化某汽車左右前地板的多工位生產工藝及模具結構設計，將左右件對接生產，即一模兩件（傳輸方向）生產。有效降低了模具開發成本，將原來的八套模具減少至四套模具，減少了投資費用，提高了材料利用率和生產效率，降低生產成本，節省了模具存放空間。
目前汽車行業節奏越來越快，新車型的生準周期越來越短，多工位的高柔性和高效率備受行業青睞，而為了充分發揮多工位的高生產效率，需要在零件的生產工藝上進行充分研究。本文通過對多工位左右前地板的生產工藝進行研究，得到一模雙件（傳輸方向）的新生產方式，希望給國內采用大型多工位生產線生產的同行提供新的思路。
傳統生產工藝
圖1 汽車左右前地板零件
圖1為某車型左右前地板零件。左右前地板零件尺寸較大，單件尺寸（1250mm×600mm×160mm），拉延深度較深，局部起伏較大。受多工位對料片最大尺寸限制（圖2），考慮拉延工藝補充部分以及模具結構布置要求，因此傳統生產方式采用單件生產。
圖2 多工位板料最大尺寸要求
單件生產時需要對兩側進行工藝補充，經分析可以達到成形要求。確認4工序內容為：拉延、修邊（側修邊）、翻邊（側翻邊、側沖孔），如圖3所示。因需要考慮四角夾件，因此需要在四角留有至少30mm×30mm的夾持平面。經分析確認，板料采用(1400mm×750mm）長方料，材料利用率=（零件凈重）4.2877kg÷(板料重量 ）5.769kg =74.3%。
圖3 單件工藝分布圖
新型生產工藝
成形性分析
為了提升生產效率，左右前地板在多工位上采用一模兩件（傳輸方向）的生產方式，如要采用這種形式，就必須對整體尺寸進行充分優化，首先選擇在平面部分對接，中間連接最小間隙選擇20mm，翻邊補充部分取消，以板料法蘭邊和翻邊平面作為壓料面，充分減少工藝補充。
展開 圖1 皮帶輪工序分布圖
圖2 單機聯線多工位生產線
采用多機聯線加工時，若一臺設備出現問題，則會導致整線停止，維修保養比較難，影響生產效率，并且所需要的廠房占地面積比較大，人員參與度比較大，模具的開發費用和制造費用比較高。
第二代單機多工位生產線
為提高生產效率，降低故障率，考慮一機多用，即：由1 臺壓力機取代14 臺壓力機，采用多工位形式，并針對該零件提出了第二代加工工藝，即鍛沖復合成形工藝。從生產效率上講，多工位壓力機的應用縮短了生產流程，減少80%人力，人均生產率提高4 倍。興鍛生產的變頻單機多工位壓力機如圖3 所示。
第三代伺服單機多工位生產線
規模化的生產需要穩定的質量來保障效益。隨著勞動成本的提高，自動化、智能化的需求越來越高，加之對資源和環境因素的要求，市場展示了對伺服多工位壓力機的需求。我公司借鑒學習了日本的伺服直驅壓力機技術，并實現了規模化和標準化生產，伺服電機同傳統電機相比，能夠提供更精準的控制，在驅動技術、節能環保、精確控制等方面有巨大優勢，由伺服馬達驅動的壓力機，壓力直接由伺服馬達的扭力輸出轉變而成，其低速大扭矩伺服電機和齒輪直接驅動，減少了中間環節，確保傳動的可靠性和效率，電機的最大峰值扭矩60000Nm、400rpm，驅動器最大電流3320A、額定功率550kW。通過伺服技術和多工位技術的應用，我公司伺服多工位壓力機具有自動化、智能化、操作安全、沖壓件綜合成本低、勞動生產率高、制件質量高等特點，能夠滿足客戶大批量生產的需要。
特殊超大型伺服壓力機的傳動主要包括：伺服電機、高速軸、中間齒輪、中間齒輪軸、偏心齒輪、低速軸、連桿、滑塊。
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這種合作對雙方都有利，我們也在大型多工位模具的設計制造方面學到不少東西。
美國福特汽車模具工廠加工的側圍模具，制造周期只用8周。這在我們來看簡直是奇跡，但他們做到了。模具前期的工藝、設計不在模具廠，在研發部門，模具廠只負責從泡沫模型開始的制造過程。由于前期工作做得好，加工中很少改動，這就給模具制造節省了不少時間。
多工位級進模的設計基礎知識
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為實現空氣調節器外罩類零件的點焊自動化，改變傳統單工位點焊工藝生產效率低下，提高產品外觀效果，保證零件質量的一致性，項目組設計了一條基于工業機器人的多工位柔性自動點焊線體。線體在外罩類零件的前后底板、殼體和防護網工序間實現自動上下料和自動焊接。本文將介紹線體的總體方案、控制方案及相關的設計創新點。
外罩零件生產背景
空氣調節器制造行業作為傳統的人員密集型行業，其涉及到大量的鈑金零件加工生產
模具溫度是注塑成型中最重要的變量——無論注塑何種塑料，必須保證形成模具表面基本的濕潤。一個熱的模具表面使塑料表面長時間保持液態，足以在型腔內形成壓力。
如果型腔填滿而且在凍結的表皮出現硬化之前，型腔壓力可將柔軟的塑料壓在金屬上，那么型腔表面的復制就高。另一方面，如果在低壓下進入型腔的塑料暫停了，不論時間多短，那么它與金屬的輕微接觸都會造成污點，有時被稱為澆口污斑。
例如，采用自動化，多工位沖壓機械設備，采用多工位模具與機械化進出生產裝置，采用連續模、復合模等合并工序措施。所有這些不僅能保障沖壓作業的安全，而且能大大提高生產效率。
隨著環保政策的深入及工業4.0 時代的來臨，工業加工制造產品的精密化、輕量化、集成化越來越高，對材料利用率、能源消耗、環境污染和產品性能、成本、生產周期的要求愈發嚴苛。為此家電行業、汽車零部件等企業逐漸對舊設備、舊的生產工藝進行淘汰,升級、推廣新工藝新技術，特別是對中小零件逐漸由多機聯線的手工生產線提升為單機多工位自動生產線。本文就興鍛多工位的研發及其在家電、汽車零部件領域的應用進行介紹。
多工位發展歷程
沖壓工藝是高效的生產方法，采用復合模具，尤其是多工位級進模具，實現由帶料開卷、矯平、沖裁到成形，精整的全自動生產。生產效率高，勞動條件好，生產成本低。與機械加工及塑性加工的其它方法相比，五金沖壓加工無論在技術方面還是在經濟方面都具有諸多獨特的優點，其主要是表現在以下幾個方面：
1. 可以常溫加工，對于形狀復雜難以加工零件同樣適用；
2.
