文/黃春暉·北京現(xiàn)代汽車有限公司

開卷側出料落料模生產性與安全性的提高

文/黃春暉·北京現(xiàn)代汽車有限公司

控制落料模側出料的彈出速度使其達到一個恒定速度，同時穩(wěn)定彈出后的運行軌跡，并對碼垛工裝進行改善，可使落料模SPM值比原來高出140%，有效地提高了落料模的生產性以及生產時操作人員的安全性。

沖壓是汽車生產中四大工藝之首，汽車制造中有60%～70%的金屬零部件需經塑性加工成形，沖壓加工是完成金屬塑性成形的一種重要手段，是最基本、最傳統(tǒng)、最重要的金屬加工方法之一。沖壓工件的制造工藝水平及質量在較大程度上對汽車制造質量和成本有著直接的影響。作為沖壓工藝首道工序的開卷，主要是把原材料依據(jù)產品規(guī)格，切斷成最適合的尺寸供應到沖壓線上的加工工序，包括卷料開卷、校平、落料和堆垛，如圖1所示。

北京現(xiàn)代汽車有限公司（以下簡稱北京現(xiàn)代）在年產5萬臺到30萬臺的發(fā)展過程中，生產效率的提高一直作為組織生產的重要課題之一，而實際生產中SPM值是衡量生產效率高低的重要指標。開卷線壓機公稱壓力為500t，SPM值設計為80次/min。實際生產過程中，因制件種類不同、毛坯料節(jié)距和落料模模具結構不同，實際SPM值為11～45次/min不等。

圖1 開卷工序

開卷側出料的重要性

某車型側圍前部上內板加強板毛坯形狀不規(guī)則，排樣為直對排式（圖2a），與直排式（圖2b）相比，此種排布方式可以減少廢料，降低沖壓件的制造成本，且此種出料方式可大大提高生產效率。與直對排式的毛坯排布方式相對應的落料模出料方式需含側出料，即毛坯料落料后前出料皮帶傳送后由堆垛機自動堆垛，側出料堆垛經過側出料滑料平臺由人工碼垛，如圖3所示。在落料后側出料過程中，側圍前部上內板加強板毛坯料為異形件，若單純提高機床速度，則側出料彈出后在滑落過程中重心不穩(wěn)，毛坯料運行軌跡不定堆垛不齊，導致后續(xù)沖壓線生產時，磁力分料器無法分料。同時，不穩(wěn)定的出料軌跡使得碼垛人員操作變的尤為困難，碼垛人員需隨機對接料位置做出判斷，不但增加勞動強度且易造成人員劃傷，對于碼垛操作者也存在一定的安全隱患。

側出料推出結構與問題分析

落料模下模設置一個兩位四通的換向閥，用作控制側出料氣缸氣路換向的行程開關，由安裝在上模對應位置的換向閥控制塊觸發(fā)，如圖4所示。開卷落料模上模向下運動時，換向閥控制塊位置1與換向閥導輪接觸，導輪受壓力作用下繞支點1逆時針轉動，當接觸點到達位置2時，導輪恢復初始位置。落料后上模在上升過程中，位置2與導輪接觸后，導輪無法繞支點1順時針轉動，而是繞支點2順時針轉動，驅動閥桿移動換向，換向后氣缸活塞桿將側出毛坯料推出。到位置1處后，換向閥導輪與換向閥控制塊接觸點脫離，氣路再次換向，活塞桿收回復位。由此可見，落料后上模的運動速度，與氣缸活塞桿推料的速度緊密相關。

圖2 排樣方法

圖3 側出料及人工碼垛

圖4 兩位四通換向閥和換向閥控制塊

若機床運動速度快，則氣路換向速度快，氣缸活塞桿推料瞬間速度大，根據(jù)動量定理物體動量的增量等于它所受合外力的沖量。側出毛坯料受到的沖擊力大、運動速度快、運行軌跡不固定，人員接料就會困難，容易使人員受傷，或因人員來不及碼垛使毛坯料滑落造成廢品。若機床運動速度慢，則換向速度慢，側出毛坯料受到的沖擊力小、運動速度慢、運動軌跡也較易控制。而運動速度過慢，不但生產速率低，還會出現(xiàn)重料現(xiàn)象，即側出料還未從落料模中滑出，后續(xù)已向前送料，與側出料重疊，造成二次落料。重料不但對模具刃口造成較大傷害，還會出現(xiàn)大批不良產品，造成材料和人工成本的浪費。

側出料滑出過程跑偏原因分析

氣源不足或不穩(wěn)現(xiàn)象

側出毛坯料由一個推料氣缸的活塞桿頂出，完成毛坯料從模具內的推出動作。落料模毛坯料側出需要氣源為管道壓縮空氣，壓縮空氣正常供氣時，氣壓應保持在0.5～0.55MPa。從空壓站輸送到車間過程中，管路輸送距離長、彎頭多、存在垂直壓差以及管路跑冒等問題，會造成壓力衰減，導致輸送到車間的壓縮空氣實際氣壓約為0.48MPa。壓力衰減導致氣源壓力不足或不穩(wěn)，造成出料動作緩慢或彈出速度大小不均，致使毛坯料不能按照設計路線出料。

擋鐵導向作用差

圖5 毛坯料重心位置

該品種毛坯料輪廓不規(guī)則，重心位置如圖5所示。氣缸推料活塞桿作用于側出毛坯料時，毛坯單側受力，力的作用線不通過重心，推力相對重心力臂為205mm，產生一個額外的扭矩。該扭矩使得毛坯受扭矩作用后圍繞重心旋轉，為約束毛坯旋轉運動趨向，模具上設置了一塊擋鐵，對毛坯料側出時側向位置起到導向作用。在約束側出坯料旋轉趨向的同時，擋鐵不能干涉落料模沖裁向前送料，因此擋鐵只能略高于模具托料板平面。在生產速度較快時，側出毛坯料被氣缸彈出速度快，?；翐蹊F上方，擋鐵無法起到約束作用（如圖6所示），只能降速生產。

圖6 擋鐵、托料板和毛坯料的相對位置

在生產速度較低的情況下，毛坯料滑到擋鐵上方的幾率降低。但由于臨近擋鐵的毛坯輪廓不與擋鐵平行，在出料過程中，輪廓R角位置處與擋鐵干涉撞擊（圖7），毛坯料側出過程中二次受力改變方向，影響到其出料軌跡。

側出料滑料平臺缺陷

側出料從模具中滑出后經過滑料平臺，滑料平臺有五條導料滑軌，共有300個滾輪。導料滑軌平面度不一致，若干滾輪轉動不靈活，毛坯下滑時所經過的滾輪轉速不同，也會影響毛坯料運行速度及軌跡。為了保證側出毛坯料軌跡穩(wěn)定，方便操作人員碼垛，同時兼顧碼垛人員人身安全，不得不降低該落料模的生產速度。

圖7 擋鐵與R角相對位置示意圖

開卷側出料落料模及碼垛工裝改進

穩(wěn)定側出料推料氣缸氣源

落料模推料氣缸所需氣源為間斷式，在側出料頂出毛坯料及推料活塞桿收回時需要氣源?；钊麠U頂出毛坯時，氣缸需要足夠的氣源壓力供給才能完成頂出動作。為了保證穩(wěn)定的氣源壓力，在推料活塞桿氣缸前增加一儲氣罐，如圖8所示。

測量模具現(xiàn)有可安裝的位置大小，擬設計并制作一個規(guī)格為100mm×150mm的儲氣罐，核算其是否能達到使用要求。設車間氣壓正常時壓力為P（已知），氣壓不足時壓力值為P’，經過計算P’遠低于P，可見儲氣罐可符合使用要求。安裝儲氣罐后，可以使推料氣缸獲得穩(wěn)定的氣源供給。在儲氣罐端面和弧形面上各開一個孔，一個為進氣孔，一個為出氣孔，利用儲氣罐的有限體積穩(wěn)定氣壓。增加儲氣罐后，推料氣缸動作連續(xù)、一致，推力穩(wěn)定，既為側出料穩(wěn)定軌跡提供保障，又有效避免了重料現(xiàn)象。

側出料導向結構改進

擋鐵在毛坯料側出料的過程中，并不能產生設計預期的導向作用，還會在毛坯料滑出過程中形成干涉，故決定拆卸該擋鐵。擋鐵被拆卸后，側出料方向無導向約束，毛坯料被氣缸活塞桿彈出后，在扭矩和摩擦力作用下，在旋轉同時發(fā)生側移，如圖9所示，不能正常出料。出料軌跡的不確定，給人工碼垛造成極大困難，碼垛人員需隨機判斷毛坯料軌跡，不但碼料勞動強度大，危險性高，還易發(fā)生劃傷人員的安全事故，故設計增加一個定位銷。

圖8 推料活塞桿氣缸儲氣罐

定位銷的作用是使毛坯在模具上能夠正確定位，毛坯在模具中的定位包括兩個方面：一是送料方向上的定位，用來控制送料的進距，通常稱為擋料；二是與送料方向垂直方向上的定位，用來保證毛坯在模具中的方位，通常稱為送進，此處屬第二種定位。在模具落料后氣缸彈出前，毛坯料在送料方向上受定位銷的作用保持位置恒定，又在其側出料時彈出瞬間方向確定，提高了生產過程中側出料毛坯在被氣缸推出前的穩(wěn)定性。綜合考慮毛坯料輪廓和其出料運動方向，將定位銷的位置選擇在靠近推料氣缸附近，此處毛坯料的邊與其側出料方向平行，如圖10所示。

圖10 定位銷位置的確定

若定位銷安裝在下模會干涉送料，故安裝在上模卸料板處。定位銷具體安裝位置，從模具上1、2、3位置中進行篩選。其中，位置1處，上模處無卸料板，無法安裝；位置3處，距離氣缸太近，推料活塞桿將料推出時，對側出毛坯料的方向約束作用不大；最終將定位銷安裝位置確定于2處，既能定位側出料，又不干涉送料。下模托料板平面距離下模座130mm，當上模落料運行到下死點時，定位銷不能與下模座干涉，故制作L為125mm、φ為10mm的定位銷，選材45鋼。在上模卸料板處打孔攻絲，與定位銷采用螺紋連接，方便拆卸。同時，在下模相應位置打出直徑φ20mm的通孔，允許定位銷通過，且上下模閉合時無干涉。安裝定位銷后，側出毛坯料軌跡確定，提升機床速度使SPM值達到24次/min時，側出毛坯料從模具中滑出軌跡穩(wěn)定。由定位銷的磨損程度（圖11），可間接看出定位銷的擋料和導向作用。

圖11 定位銷因擋料和導向作用與側出料接觸磨損

側出料碼垛工裝改進

首先對滑料平臺進行檢修，更換運轉不靈活的滾輪，維修滑軌開焊處，使五條導料滑軌平面度調整保持一致，保證毛坯料在側出料滑料平臺上下滑過程中軌跡保持穩(wěn)定。經過以上改進后，側出毛坯料能夠以穩(wěn)定的軌跡出料，可以提速生產?？墒翘岣邫C床SPM值后，人工碼垛勞動強度加大，長時間的生產，易使操作人員疲勞，發(fā)生人員劃傷現(xiàn)象，存在一定的危險性。于是，對側出料碼垛工裝進行二次改善，設計并制作側出料自動碼垛工裝，側出毛坯料通過滑料平臺的導料滑軌，碰到彈性擋板后，落入側出料工裝內，利用工裝四周的碼料擋板使毛坯自動碼在落料托盤上，杜絕人工碼料存在的安全隱患，同時節(jié)省了人力。

結束語

通過增加開卷側出料落料模氣源穩(wěn)定裝置和側出料導向結構的改進，以及側出料碼料工裝的改善，側出毛坯料彈出速度恒定，出料軌跡穩(wěn)定，生產效率大大提高。改進前，SPM為10～15次/min。改進后，機床SPM速度調至24次/min生產正常，降低了操作人員的勞動強度與生產成本。本次改進在提高生產性的同時，還消除了生產過程中存在的安全隱患，安全性也有了很大提高。