當(dāng)今汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈，基于消費(fèi)群體更加多元化以及審美更加開(kāi)放的特點(diǎn)，汽車(chē)造型越來(lái)越復(fù)雜多變。而汽車(chē)的外造型需要依靠沖壓覆蓋件展現(xiàn)出來(lái)，因此，沖壓面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜多變的造型和更高的顏值，沖壓模具結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)更多的機(jī)構(gòu)。然而大部分汽車(chē)沖壓行業(yè)的人員，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或評(píng)審過(guò)程中，主要考慮模具的功能性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的問(wèn)題，從而忽略了沖壓模具在生產(chǎn)過(guò)程中各機(jī)構(gòu)與自動(dòng)化設(shè)備之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)序。正確的時(shí)序設(shè)計(jì)一方面能夠保證穩(wěn)定的品質(zhì)質(zhì)量，另一方面還能夠提升生產(chǎn)效率；錯(cuò)誤的時(shí)序設(shè)計(jì)不僅會(huì)降低生產(chǎn)效率而且會(huì)危害模具安全，造成模具損壞。
模具斜楔機(jī)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)要點(diǎn)
上下模的運(yùn)動(dòng)與滑塊運(yùn)動(dòng)方向一致，因此上下模和自動(dòng)化的干涉曲線時(shí)序確認(rèn)比較簡(jiǎn)單，不容易忽略也不容易出現(xiàn)問(wèn)題點(diǎn)?；瑝K單一的運(yùn)動(dòng)方向顯然不能滿足實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的沖壓零件造型，因此，在沖壓模具設(shè)計(jì)中為了獲得各種不同的沖壓方向通常需要用到斜楔機(jī)構(gòu)。然而，斜楔機(jī)構(gòu)和自動(dòng)化的時(shí)序問(wèn)題容易被我們忽視，這就是本文需要探討的問(wèn)題。從驅(qū)動(dòng)形式上分類(lèi)，常用的斜楔結(jié)構(gòu)可以分為：插刀驅(qū)動(dòng)型、氣缸驅(qū)動(dòng)型和氣缸插刀雙驅(qū)動(dòng)型。
插刀驅(qū)動(dòng)型斜楔的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)要點(diǎn)
插刀驅(qū)動(dòng)型斜楔的結(jié)構(gòu)形式(圖1)最早應(yīng)用在沖壓模具上，結(jié)構(gòu)比較笨重，但是可靠性較高，直到現(xiàn)在仍然廣泛在使用。此斜楔機(jī)構(gòu)靠插刀推到位，插刀退出過(guò)程靠氮?dú)鈴椈蓮?fù)位。斜楔運(yùn)動(dòng)時(shí)序是完全按照上滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡固定的，不需要考慮自動(dòng)化氣源的通氣時(shí)機(jī)，對(duì)自動(dòng)化的影響很小，參考滑塊的運(yùn)動(dòng)確定即可。
圖1 插刀驅(qū)動(dòng)型斜楔結(jié)構(gòu)形式
此結(jié)構(gòu)靠上模插刀把垂直方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平方向的運(yùn)動(dòng)，上下插刀屬于剛性接觸。隨著生產(chǎn)速度加快，插刀受到的瞬時(shí)沖擊力也增大，在批量生產(chǎn)過(guò)程中疲勞斷裂失效風(fēng)險(xiǎn)也更高，因此插刀在設(shè)計(jì)階段需要重點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過(guò)強(qiáng)度分析對(duì)比可以知道，楔形導(dǎo)板安裝根部R 角越小應(yīng)力值越大，如圖2 所示。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可實(shí)施的對(duì)策：①對(duì)根部導(dǎo)圓角處理，避免加工成尖角造成的應(yīng)力集中，緩解疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)；②導(dǎo)板背部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，增加斜筋支撐，保證鑄件本身有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；③如果結(jié)構(gòu)受限強(qiáng)度較弱，在已經(jīng)做強(qiáng)的基礎(chǔ)上可以考慮將驅(qū)動(dòng)座材質(zhì)提高一個(gè)等級(jí)，比如由HT300 提升至QT600；④優(yōu)化生產(chǎn)模式，降低沖壓速度。
圖2 驅(qū)動(dòng)插刀強(qiáng)度分析
氣缸驅(qū)動(dòng)型斜楔的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)要點(diǎn)
插刀型斜楔占用空間大，不能有效滿足極端工藝條件下的正常使用，因此，占用空間更小的氣缸型驅(qū)動(dòng)斜楔(圖3)應(yīng)運(yùn)而生。這種斜楔結(jié)構(gòu)采用氣缸驅(qū)動(dòng)斜楔，布置空間更加小巧靈活，在舍棄插刀結(jié)構(gòu)的同時(shí)避免了插刀帶來(lái)的強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)。由于這種斜楔不能靠滑塊的運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，只能通過(guò)氣缸控制斜楔機(jī)構(gòu)的到位和復(fù)位。因此在設(shè)計(jì)和主線自動(dòng)化調(diào)試時(shí)，需要考慮斜楔的正確運(yùn)動(dòng)時(shí)序，從而設(shè)定合理的通氣和斷氣時(shí)機(jī)。否則，時(shí)序設(shè)置錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致模具壓壞以及零件品質(zhì)不良的風(fēng)險(xiǎn)。另外，氣路的連通和提供氣壓的大小及穩(wěn)定性會(huì)影響斜楔機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖3 氣缸驅(qū)動(dòng)型斜楔
在自動(dòng)化調(diào)試時(shí)，氣缸通氣和斷氣時(shí)機(jī)通常由壓力機(jī)角度控制。在壓力機(jī)滑塊由上死點(diǎn)往下運(yùn)動(dòng)到壓料板接觸零件前這個(gè)區(qū)間內(nèi)，氣缸需要把斜楔機(jī)構(gòu)推到工作位置；沖壓完成后滑塊向上運(yùn)動(dòng)，在壓料板與零件脫離到下料手取件這個(gè)區(qū)間，氣缸需要把斜楔機(jī)構(gòu)復(fù)位完成。這樣設(shè)計(jì)既能保證成形過(guò)程中工具體的合理性，又能避免沖壓方向負(fù)角對(duì)投料和取料的影響。模具與壓力機(jī)時(shí)序設(shè)計(jì)如圖4 所示。
圖4 模具與壓力機(jī)時(shí)序圖
氣缸和插刀雙驅(qū)動(dòng)型斜楔結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)要點(diǎn)
以上兩種斜楔結(jié)構(gòu)形式都有各自的特點(diǎn)和不足，隨著對(duì)沖壓生產(chǎn)可靠性和穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，氣缸和插刀雙驅(qū)動(dòng)型斜楔作為以上兩種形式的合體增強(qiáng)版出現(xiàn)了。正常工作時(shí)由氣缸驅(qū)動(dòng)斜楔，插刀全程不參與工作；只有當(dāng)氣缸失效時(shí)，插刀作為備用的保護(hù)措施才發(fā)揮作用。所以本質(zhì)上來(lái)說(shuō)這是一種氣缸型斜楔結(jié)構(gòu)，插刀僅作為保護(hù)預(yù)留措施，保證模具始終處于正常工作模式下，免遭損壞。
圖5 氣缸和插刀雙驅(qū)動(dòng)型斜楔
雙驅(qū)動(dòng)斜楔機(jī)構(gòu)時(shí)序調(diào)試要點(diǎn)
在自動(dòng)化調(diào)試時(shí)，此斜楔與氣缸型斜楔設(shè)置基本相同，但時(shí)序區(qū)間的設(shè)置要求更加嚴(yán)苛。在壓力機(jī)滑塊由上死點(diǎn)往下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，插刀接觸前就要求氣缸把斜楔機(jī)構(gòu)推到工作位置。否則，每次沖壓時(shí)上下插刀都會(huì)發(fā)生碰撞。因此，氣缸設(shè)計(jì)選型時(shí)需要校核氣缸有效推力F，保持大于機(jī)構(gòu)所需的推力F1，并且保證氣缸能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把斜楔機(jī)構(gòu)推到位。
動(dòng)作確認(rèn)
以普通機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)沖壓生產(chǎn)線生產(chǎn)側(cè)圍零件為例進(jìn)行說(shuō)明，假設(shè)單機(jī)速度為18SPM，整線速度為10SPM。氣源采用壓力機(jī)角度控制方式，壓力機(jī)滑塊經(jīng)過(guò)10°氣缸正向通氣，機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；到160°插刀開(kāi)始接觸，斜楔需要到位時(shí)間為1.37s，才能保證上下插刀不碰撞。通過(guò)生產(chǎn)線0.6MPa 的氣源測(cè)試，氣缸通氣后實(shí)際到位時(shí)間需要1.8s 左右，在滑塊帶動(dòng)上模往下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能給斜楔到位的時(shí)間比氣缸運(yùn)動(dòng)實(shí)際到位需要時(shí)間少。因此，上下插刀必然每次都會(huì)產(chǎn)生撞擊，這從導(dǎo)板根部上撞擊的痕跡能得到充分的證明，如圖6 所示。
圖6 插刀導(dǎo)板撞擊的痕跡
這種情況說(shuō)明機(jī)構(gòu)時(shí)序設(shè)置是有問(wèn)題的，每次都撞擊在導(dǎo)板的根部，受力面積越小，單位面積的應(yīng)力越大。如果不及時(shí)改善，鑄件薄弱處將存在疲勞斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，過(guò)往某車(chē)型模具導(dǎo)板安裝座根部發(fā)生斷裂的情況如圖7 所示。
圖7 下插刀導(dǎo)板安裝面根部斷裂
自動(dòng)化調(diào)試
為了避免插刀撞擊，考慮把氣缸通氣時(shí)機(jī)提前到下料手AP(After
Pick)點(diǎn)，這樣給氣缸運(yùn)動(dòng)到位的時(shí)間就能滿足氣缸實(shí)際運(yùn)動(dòng)到位的時(shí)間。兩種控制方式對(duì)比如表1 所示：第一種情況就是上面提到的時(shí)序不滿足要求的情形，第二種情況是改變氣源的控制方式后，時(shí)序滿足要求。
表1 自動(dòng)化控制方式對(duì)比
斜楔到位檢測(cè)
在全自動(dòng)化生產(chǎn)線普及的今天，為了保證生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)構(gòu)時(shí)序的準(zhǔn)確，通常會(huì)設(shè)計(jì)斜楔機(jī)構(gòu)到位檢測(cè)，在插刀接觸前，機(jī)構(gòu)到位了，在設(shè)定的某個(gè)點(diǎn)接收到檢測(cè)器的信號(hào)，壓力機(jī)才能正常工作，否則壓力機(jī)緊急停止，起到保護(hù)模具安全的作用。
結(jié)束語(yǔ)
本文探討了沖壓模具時(shí)序設(shè)計(jì)的重要性以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)試生產(chǎn)過(guò)程中如何滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線的需求，以沖壓模具為載體，充分發(fā)揮自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線能力，使模具和設(shè)備能無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)高效地生產(chǎn)，給后續(xù)新車(chē)型和模具調(diào)試提供了參考。
