模具工艺设计方案

分类：艺术设计论文发表 时间：2020-04-03 11:29 关注：(1)

　　主要研究分析某车型副车架上片零件特点，结合公司新购置的2700T多工位机床参数，对比分析两种冲压工艺方案，制定可行性模具冲压工艺方案，再通过多工位机床输送臂与机械手连接，实现气动机械手自动抓取零件往复送料。该方案可从工艺方案、各模具工序内容、各工序模具联动生产等方面提高生产效率并减少生产员工数量，节约人工成本。

　　关键词：冲压模具；多工位；机械手；工艺设计

　　随着零部件生产用工成本不断增加，且操作工人招聘困难，不管冲压还是焊接的自动化生产已然成为各生产厂家的发展趋势。多工位机台搭配模具生产是目前普遍而又重要的自动化生产方式，其以速度快，节省人工而受各主机厂及零部件供应商青睐。副车架零件因材料厚（一般T2.0mm及以上）、强度高（一般为SAPH440）等特性在多工位自动化生产中鲜少工厂尝试。现特针对某车型副车架上片产品使用多工位生产方式开发的模具进行工艺设计分析，制定可行性生产方案。本次分析的某车型副车架上片零件料厚为T=2.5mm、材质为SAPH440，造型高低差较大，局部料边短，大翻孔位置距侧壁较近且有小翻边等特点。

　　1CAE成型性分析

　　1.1成型分析造型设计

　　产品CAE成型分析的造型设计（即工艺补充）是模具整体工艺、结构设计的第一步，也是关键的一步，对模具工艺布置、结构造型有直接的影响，同时也关系到模具的加工制造[1]。下图1为产品造型，图2为成型工艺补充后的造型。从两图对比来看，该产品的工艺补充主要在两端料边凹缩处。为了满足翻孔旁面的成型平整，需在该面修边轮廓线外做凹台阶吸料，然后再与周边造型补充倒圆角接顺。需特别注意的是，翻孔旁的小翻边因料边太短，造型设计时需特别考虑补充面的大小，太小了在后期调试时如果圆角需放大则影响到料边尺寸及修边刀口强度，太大了又会在成型过程中影响产品的平面度。如图3所示，经过CAE分析调整，在该处外设计了距料边5mm的小工艺平台。压料面拉延筋深度经过CAE分析反复调整，基于保证拉延成型后产品不皱、不裂的原则，最终确定周圈90%深度3mm，局部拐角侧壁较纵处只需1mm深度即可（一般常规产品拉延筋深度为6mm）。

　　1.2胚料外形确定

　　据图1产品图可知该产品中间有内凹造型，那么拉延胚料如果是方料在拉延成型时会因料边过大导致走料不顺畅而在侧壁与平面交接处开裂，故在CAE分析时连同拉延胚料外形也需同时考虑。初版的拉延胚料外形是从拉延筋外边线外偏10mm，以此为基础进行CAE分析调整，得到如图4所示外形。除了中间部位设计拉延胚料随型外形外，为了两端走料顺畅，经过CAE分析验证，在四角处可剪切掉直角，最终使零件成型达到最佳状态。本次落料方案采用卷料级进自动开卷落料，两板料之间可实现无搭边交错排样搭接方式，该搭接方式每件拉延胚料可缩减5%材料利用率，匹配我司800T自动开卷落料压力机，同时出两件落料件并通过机械吸盘抓取，在提升材料利用率的同时又可以减少人工并提升生产效率。下图5为级进落料排样方式:

　　2匹配机械手夹持工序件，各模具工序内容布置分析

　　该车型副车架上片零件因周圈都需要修边，而中间凹造型无法整片修边废料整体排出，故在整体规划中考虑分五道工序实现产品生产，其中修边冲孔模按两道工序分列工序内容，大体的每道工序内容如下：OP10-拉延、OP20-修边冲孔、OP30-修边冲、OP40-整形、OP50-冲孔侧冲翻孔。接下来要结合机械手在夹持工件运送到下道工序。这一过程的平稳性综合考虑每道工序的夹持点及夹持位置，在拉延、整形、冲孔侧冲孔翻孔三道工序中均可设置前、后单边两组机械手夹持的方式，这也是生产最为稳妥的方式。此时重点聚焦在两序修边冲孔工序中，每序修边修到哪，怎么预留机械手夹持位置，有如下两种方案可进行对比选取。方案1：OP20-修边冲孔模预留前、后中间废料不修完作为机械手夹持位置，而OP30-修边冲孔模刚好交叉夹持原OP20修前、后两侧边的位置。该方案保证了OP30有四组机械手夹持运送，但是OP20却只有两组机械手夹持运送（前、后各一组），这样OP20工序件在夹持运送过程中有非常大的夹持不稳、甩件、下工序定位不稳等风险。如图6、图7分别为OP20、OP30修边及夹持位置。方案2：OP20-修边冲孔模前端修左、右侧，预留中间给机械手夹持；后端在中间修边处冲缺口，留两侧给机械手夹持。OP30-修边冲孔模刚好相反，即在前端OP20修完的左、右两侧作为夹持点，修中间废料；后端修左、右两端还连着的废料，夹持中间OP2已冲出的缺口位置。该方案可以保证两序修边冲孔模都有三处夹持位置，极大地降低了因夹持力及夹持点缺乏而造成的夹持不稳，甩件、下工序定位不稳等风险。如图8、图9分别为OP20、OP30修边及夹持位置。综合以上两种方案，考虑整条生产线的稳定性最终选择了方案2，通过两工序前、后交错布置机械手数量，保证两修边工序夹持零件的均衡性，也同时提高了运送过程的稳定性，而方案1则削弱了OP20修边冲孔模的夹持力及平衡，风险较方案2大很多。

　　3机床匹配

　　3.12700T多工位机床主要参数

　　本公司2700T多工位机床有如下主要参数：（1）工作台外形尺寸6200mm鄢2500mm，除左边第一工位布置有气顶杆外，后工位均没有，但后工位中心两侧都均匀布置有废料槽；（2）机械臂上需安装铝型材辅助轨，再在辅助轨上连接机械手，辅助轨有快速标准安装口；X方向步距0~1500mm；Y方向单边步距0~1100mm，减去辅助轨及安装面尺寸为0~1040mm；Z高度方向步距0~250mm。（3）滑块行程分两类，一类单摆模式的250~710mm范围内可调，一类是全行程762mm定值；装模高度范围为950~1250mm。

　　3.2模具与机床匹配

　　该产品模具分五序冲压，五序模具外形尺寸中的宽度达5700mm，该尺寸与工作台的长度6200mm相匹配，故确定按1200的步距布置模具位置，最宽的拉延模与相邻修边模间距为60mm，此时拉延工序的中心在机床顶杆中间，后序模具中心也均在废料槽的中间，可达到相对平和的位置。机械臂Y方向单边步距为0~1040mm，Z高度方向步距0~250mm，结合机械手强度及尽可能减小Y、Z方向行程的原则，将Y值定位300mm，Z值定为200mm。至此机械手的运动轨迹值就定完了，按此进行干涉分析，经过反复调试，确定工作过程中滑块开合行程为600mm，该产品的生产节拍可达到16~18SPM。压机的装模高度范围为950~1250mm，该产品模具若在手工线生产，有900mm闭合高度即可，但在2700T多工位压机上因产品中间凹造型无法将废料直接滑至工作台中的废料槽，需向机床前后划出工作台，故需将闭合高加大才好滑出废料[2－3]。结合公司规范要求，将该产品模具闭合高定为1100mm。

　　4结束语

　　综合以上问题及解决对策，主要是对某车型副车架上片产品设计满足本公司2700T多工位机床使用，达到模具与机床相匹配并在机床各参数作用下模具生产节拍控制在最优状态的方案分析，从而获得适合本公司多工位机床的有效生产措施，也为后续公司其它车型副车架上片产品应用于该多工位机床提供案例。

　　参考文献：

　　[1]胡平.汽车覆盖件模具设计[M].北京：机械工业出版社，2014.

　　[2]舒勒集团.舒勒2700T伺服多工位压机线机床参数/输送臂结构参数[Z].

　　[3]马朝兴.冲压模具设计手册[M].北京：化学工业出版社，2009.

　　作者：黄罴 许翔 吴生宇 单位：柳州五菱汽车工业有限公司