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模具自动化改造技术摘要：介绍了冲压手工生产线自动化改造中模具、模具接口、废料排出结构、板料检测传感器等方面的改造，并对改造的技术要求进行了说明，同时对自动化干涉曲线进行了分析。该改造有利 于模具适应自动化生产节拍，保证自动化生产的连续性、安全性、高效性，增强自动化生产线的自 动化程度。关键词：模具 自动化中图分类号：TG305改进文献标识码：B奇瑞汽车股份有限公司 方 芳 李承璋 方孝安工生产线改造成冲压自动化生产线影响生产节拍的因素较多，目前最大的瓶颈是模具，具体表现如下。a.模具定位销高度不够、数量缺少、 角不匹 配、自动顶料装置结构不合理等；b.模具对中槽、U型槽设计不合理，模具偏心， 影响模具在移动工作台上面定位和自走式夹紧器自动 夹紧；c.修边、冲孔的废料不能及时排出模具本体， 出现废料孔堵塞和影响下次上料、自动化停线清理等情况；1 问题的提出随着冲压工艺和冲压工装的不断发展，国内汽车冲压行业发展日新月异。传统冲压手工生产线已经逐 步被运行性能稳定、生产节拍高、工人劳动强度低、 冲压件质量好的冲压自动化生产线所取代。表1为冲 压自动化线与冲压手工线性能对比。冲压手工生产线改造为冲压自动化生产线对模具 以及附属结构要求越来越高，原有的部分模具已经不能配合自动化生产，跟不上冲压节拍。然而，冲压手性能参数冲压手工生产线冲压自动化生产线512011年第6期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M生产节拍/件min-13558 最大负载质量/kg 2550 生产前准备时间/min30902030模具工艺要求低较高性能特点效率低，劳动强度大，故障率较低效率高，柔性较好，故障率比较高，对料垛要求较高 冲压件外观质量不稳定稳定表1 冲压自动化生产线与冲压手工生产线性能对比生产装备EQUIPMENTPRODUCTIONd.缺少有料检测开关和板料到位检测传感器，或者传感器安装不到位，造成下模内腔板料检测不到； e.缺少模具识别传感器。 以上问题均对自动化生产造成一定的影响，需对模具以及附属装置进行改造。向）。合并件分切后，两件间距沿X 方向可扩大、缩小，其距离最大为300 mm，单件旋转5。2.2 模具对中槽技术要求a.模具对中槽采用宽28 mm、高20 mm贯穿式 通槽设计。b . 对中键长300 mm，淬火硬度为3842 HRC，用沉头螺栓进行锁紧；对中键两侧面表面粗 糙度为R a 3.2 m，其余部位为R a 6.3 m。具体要 求如图1。2 模具自动化改造工艺技术2.1 工艺要求制件旋转方向：冲压中心自动化生产线绕Y 轴45、绕X 轴5（X 轴方向为冲压件物流方图1 对中键槽加工工艺要求2.3 模具U型槽技术要求（1）数量：模具长度L 1 500 mm时，上、 下模各68个U型槽；L 1 500 mm时，上、下模各46个U型槽。（2）模具上模板夹紧器感应面粗糙度为R a 3.2 m。为保证感应到位，感应面宽度以夹紧器中心位 置为中心，总宽大于或等于150 mm，具体规格要求 如图2。（3）上模U型槽厚度为651 mm，表面粗糙度 为Ra 6.3 m。（4）模具空间结构应避开夹紧器。长、宽、高 均需保证夹紧器的最大尺寸可自由移动，不出现干涉 情况。U型槽更改结构形式如下： a.利用现有位置直接加工U型槽； b.将原位置U型槽更改为新位置U型槽；c.利用现有位置，铣加强筋，改造为新的U 型槽； d.利用模具快速定位处加工改造对中槽。如果U图2 模具U型槽工艺要求型槽的强度不够，U型槽的更改影响模具强度，可通过辅助措施保证模具的强度，如在上模增加整体垫板 来提高U型槽强度。2.4 模具废料处理在自动化生产线改造过程中，模具改造难点之一 是模具的废料排出问题，因为自动化生产方式对模具 废料的顺利排出要求更高。下面介绍几种较为常见的52汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2011年第6期 生I产N装备EQUIPMENTPRODUCTO模具废料排出的改进方式。（1）废料滑道的改造a.增大废料滑道的倾斜角度是首选方法（如 图3）。 靠自重顺利下滑。b.在废料滑道上增加一些辅助机构，较为常见的 有轮滚、圆钢棒、滚珠、滤油网板等（如图4）。图4 在废料滑道中增加轮滚机构图3 废料滑道的倾斜角度（2）采用强制排料方式强制排料方式也是自动化线模具改造中惯用的一 种方法（如表2）。在模具结构许可的条件下，尽可能增大废料滑道的倾斜角度N 。一般，N 40就基本能保证废料依方案一方案二方案三实例1：某车型左右侧围OP30废料排出不畅，堆积严重。 原因分析：空间狭小，导致废料滑板角度小，无法抬高，排料困难。另外，缺少二级滑料板，废料无 法排出机床。解决方案：最大限度抬高滑板角度，在废料滑 板上安装网纹板，减小废料下滑阻力，增加二级滑板（如图5）。 实例2：某车型左右侧围OP20废料排出不能顺利下滑。 原因分析：设计时两块废料刀刀背相对，直接导致废料搭在废料刀上不下滑。解决方案：增加氮气缸形式的顶料装置，将废图5 增加二级滑板料顶出模具。为防止顶料销把废料顶到模具型腔内，上模刀块上加两个压料装置，上模下行时压料装置压 到废料，这样就阻止了顶料销将废料顶到模具型腔内（如图6）。532011年第6期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M采用弹顶销强制排出废料采用气缸强制排出废料采用挂钩强制排出废料表2 自动化线模具采用强制排出废料方法生PRODUCTI产ON装备EQUIPMENT解决方案如下。方案一：更改模具，重开模具Y方向中心槽； 方案二：更改下模垫板中心槽； 方案三：手工生产或转线生产。3 模具自动化改造电气规范要求3.1 传感器的布置（1）位置a.模具传感器布置在模具的下模中，并尽可能按 对角放置（注意不得与废料槽干涉）；b.OP10投入检测开关安装在模具相邻两边对角 线位置，安装必须牢固可靠，每件2个，相距尽可能远（如图7）；图6 增加顶料销2.5 模具定位导向处理模具定位销布置紧凑，定位销高度适中，R 角导 向准确，这样才能确保自动化传输装置将板料顺利放 到模腔里面；下模顶料装置顶起高度15 mm，顶起 后必须保证冲压件的位置精度，确保自动化机械能正 常抓取。模具上气路接头统一改为靠近气源侧。改造 气路时应尽量利用模具上原有减重孔，如无法利用可 在模具下底面合适的位置开槽。2.6 其他影响因素自动化上料装置与模具本体干涉、模具偏心、模 具超宽等问题，都会影响自动化线生产。实例1：某车型左侧围外板机械手与上模斜 锲干涉。 原因分析：根据公司经验算法，计算每序差 值（D =开口高度-制件高度-3000），OP40为-135 mm，与实际要求D 0相差较大。主要原因是 右边斜锲高度突出，占用模腔开口空间，导致机械 手与上模斜锲干涉，无法进行自动化生产。解决方案如下。 方案一：转线生产，保证D 0，机械手能够顺利进入模腔放件。 方案二：转手工生产线生产。 实例2：某车型发动机罩外板OP50工序，模具前后方向偏心较大，机械手放件不到位。 原因分析：调试中发现OP50模具使用时，制件相对工作台位置与前序有较大差距，机械手X方向达 到极限位仍不能将制件放置到位，初步测量相差近110 mm，导致无法在自动化生产线上生产。图7 单件OP10投入检测开关布置图及其结构简图c.OP20传感器（接近开关）安装必须牢固可 靠，一般布置在零件的最低点处，并且是非孔平面。 安装支架用不小于2.3 mm厚钢板，结构形式如图8。（2）数量a.模具1次行程冲压1件时，在1副模具中至少布 置2个传感器（如图7）；b.模具1次行程冲压不相连的两件时，在1副模具 中至少布置4个传感器，每个零件至少布置2个传感器（如图9a）；c.模具1次行程冲压相连的两件时，在1副模具中 至少布置2个传感器，每个零件至少布置1个传感器（如图9b）。3.2 传感器电气部分针对压力机本身提供的不同电源，使用不同的 标准。（1）冲压线压力机只提供110 V交流两线制 电源。 54汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2011年第6期 生产装备EQUIPMENTPRODUCTION图8 单件OP20到位检测传感器布置图及其结构简图传感器：建议选用E2EX7T1（Omron）或Bi5M18AZ3X（Turck），交直流通用型。 模具与压力机电气接口：模具上用NCS255R (七星科学)，加上防护盖NCS-25-RCa。端子转接 盒建议选用三住JBX100，该端子转接盒有5个端子接 点，没有模具识别功能（如图10）。制件的工艺路线 不同，端子转接盒安装位置不同。（2）冲压线压力机能提供DC24 V电源。 传感器：建议选用E2EX7T1（Omron）或Bi5M18AZ3X（Turck），交直流通用型。 模具与压力机电气接口：模具上用NCS4016R，加上防护盖NCS40RCa，每条线提供10个 与之匹配的插座NCS4016P。端子转接盒建议选 用三住JBX160，该端子转接盒有12个端子接点（如 图11）。为实现模具识辨功能，另需增加4个端子接点，分两层布置。（a）左/右后门内板（b）左/右前门外板图9 成双件OP10投入检测开关布置图及其结构简图图10 5针模具传感器接线布置图552011年第6期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M生产装备EQUIPMENTPRODUCTION图11 16针模具传感器接线布置图干涉检查时，把干涉曲线放入某零件模具中，上模最低端距离干涉曲线25 mm以上不会干涉，下模最 高端距离干涉曲线30 mm以下不会干涉，如图14。4 自动化干涉曲线分析（1）当压力机单次运行时，主要根据模具的净开口高度是否满足要求进行干涉分析，如图12。 保证机械手顺利上下料，即机械手最上端与上模最下端间距30 mm，机械手上零件最低点与下模的 最高点间距30 mm。满足以上两个条件，零件能顺 利从设备中取出，没有干涉。模具净开口高度要求：C B +F +E +60（1）式中，B 为制件高度；F 为机械手厚度；E 为冲压件与机械臂之间距离，最小50 mm，最大150 mm。（2）当压力机连续运行时，主要根据干涉曲线 进行干涉分析，如图13。图12 压力机单次运行干涉分析图13 压力机连续运行干涉分析56汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2011年第6期 生I产N装备QPRODUCTOEUIPMENT（a）（b）（c）（d）图14 压力机连续运行干涉曲线分析实例&M572011年第6期 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M征稿启事汽车工艺与材料杂志创刊于1986年，是由中国汽车工程学会和长春汽车材料研究所共同主办的国内、外公开发行的 汽车制造类月刊，依托中国最大的汽车技术研究中心的强力资源，全面报道汽车先进制造工艺与材料应用的专业性杂志。汽车工艺与材料杂志始终致力于汽车制造新技术的开发（如汽车制造领域中的四大工艺）、新材料的研究应 用、加工技术、生产装备、检测技术、数字化模拟技术及生产管理等方面的报道。努力为汽车及零部件生产中各门类的 决策者及研究开发人员提供更好、更快、更节约成本的汽车行业发展动态信息，为其适应国内与国际激烈的汽车生产市 场竞争提供有效的帮助。汽车工艺与材料杂志关注领先的整车及零部件企业和材料、装备等供应商。每期的汽车工艺与材料杂志 将及时报道汽车行业最新的设计、制造、