孟凱 張海英

摘 要： 在分析汽車沖壓行業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了我國汽車沖壓模具清洗技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀。針對汽車沖壓模具尺寸大、工作型面復(fù)雜、沖壓設(shè)備工作節(jié)拍快、模具和覆蓋件表面清洗工藝復(fù)雜等特點，要求清洗設(shè)備不但需要自動控制而且還需要對設(shè)備運行中的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能反饋等技術(shù)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提出了汽車沖壓模具的多功能化與智能化清洗設(shè)備的研制思路。

關(guān)鍵詞： 沖壓模具； 工作節(jié)拍； 覆蓋件； 智能反饋

中圖分類號： U 466，TG 386 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1671-2153（2017）06-0101-04

0 引 言

汽車覆蓋件的制造是汽車車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。解決覆蓋件制造環(huán)節(jié)的汽車沖壓模具清洗技術(shù)已然成為汽車行業(yè)板金生產(chǎn)的高精度化、高智能化、高效率化、高自動化、高效益化發(fā)展的嚴(yán)重瓶頸。同時沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。隨著汽車沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量的發(fā)展趨勢，汽車覆蓋件展現(xiàn)出復(fù)雜、大型、精密、更新?lián)Q代速度快的變化特點。因此，開發(fā)適用各種模具的“汽車沖壓模具多功能化與智能化清洗設(shè)備”是汽車行業(yè)發(fā)展的必然[1]。本文對汽車沖壓模具多功能化與智能化清洗設(shè)備進(jìn)行了研究。

1 汽車沖壓模具清洗設(shè)備的方案

目前汽車覆蓋件沖壓設(shè)備的模具不易拆裝，且需防銹、無油污漬、無粉塵。以某車型翼子板上一處表面質(zhì)量缺陷的實際整改為案例，對翼子板的前期沖壓成形工藝、翻邊整形模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和后期的現(xiàn)場調(diào)試進(jìn)行分析，通過更改工藝補充、偏差加工、現(xiàn)場調(diào)試、研合等最終消除成形零件的表面質(zhì)量缺陷[2]。在實際生產(chǎn)過程中，汽車外板金（覆蓋件）沖壓過程中需裁剪多余的飛邊，在模具上下運動沖壓過程中，會產(chǎn)生對流現(xiàn)象，引起鐵屑和粉塵的攪動且吸附在模具和覆蓋件的表面，從而影響覆蓋件的外面品質(zhì)。針對該特性，本文所研制的汽車沖壓模具的多功能化與智能化清洗設(shè)備采用空氣吹掃和靜電吸附的原理，完成模具和覆蓋件的雙清洗功能。主要結(jié)構(gòu)包括從動和主動部分：從動部分包括底座和支架、隨動連接座和導(dǎo)向軸等，如圖1所示。主動部分包括上下吹模裝置、外板金表面吹掃裝置、靜電吸附裝置、控制系統(tǒng)等，如圖2所示。

主要技術(shù)參數(shù)： 最大清洗尺寸3000mm×2000 mm×2500 mm； 最大清洗質(zhì)量為10 t；控制功率為1 kW；控制操作高度為2000 mm；工作環(huán)境溫度為10～45 ℃；壓縮空氣為0.5 MPa±0.10 MPa；相對濕度為30%～90%；總質(zhì)量為≤1500 kg。

2 工藝流程（動作原理）

沖壓機床開?！祾邭飧淄七M(jìn)—上下吹模具裝置吹掃—吹模裝置縮回復(fù)位—開模至一定高度—隨動裝置與模具做同步運動—吸附翻轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)—吸附裝置前進(jìn)—吸附裝置靜電吸附—當(dāng)開模至最高點—吸附裝置先縮回再翻轉(zhuǎn)復(fù)位—按設(shè)定的開模次數(shù)循環(huán)往復(fù)。

2.1 上下吹模具裝置

如圖3所示，該裝置安裝在沖壓設(shè)備外側(cè)，前后對稱布置，上吹模裝置和下吹模裝置都不超過模具的高度，保證機械手抓取外板金和機床合模沖壓時不發(fā)生干涉現(xiàn)象。

在沖壓機床開模時，高度由限位開關(guān)和觸摸屏設(shè)置的工件節(jié)拍自動計算，吹掃氣缸推進(jìn)，滾動裝置沿限位導(dǎo)軌前進(jìn)，吹掃氣動電磁閥打開，噴嘴對準(zhǔn)模具刃口處進(jìn)行吹掃，0.3 s后，吹模裝置縮回復(fù)位。

噴嘴的數(shù)量可通過氣路分配器并根據(jù)現(xiàn)場實際來確定，噴嘴的位置可通過軟管來調(diào)整吹掃位置。

2.2 外板金表面吹掃裝置

可安裝在送件機器人的機械手上或清洗設(shè)備上，則板金外表面在進(jìn)入模腔前被吹掃干凈。也可安裝在吹模裝置上，則板金外表面在進(jìn)入模腔后與模具一同被吹掃干凈。

2.3 靜電吸附裝置

該裝置通過連接座安裝在沖壓設(shè)備上模具外側(cè)，前后對稱布置；安裝拆卸洗模整機時，只要拔出插入插銷即可完成，同時保證機械手抓取外板金和機床合模沖壓時不發(fā)生干涉現(xiàn)象。靜電吸附裝置翻轉(zhuǎn)后如圖4所示；靜電吸附裝置翻轉(zhuǎn)前如圖5所示。

在沖壓機床開模時，由于模腔空間由小變大，產(chǎn)生抽真空現(xiàn)象，該空間會飄浮金屬粉末和灰塵，影響外板金的沖壓質(zhì)量。當(dāng)沖壓機床開模達(dá)到一定高度時，該高度同樣由限位開關(guān)和觸摸屏設(shè)置的工件節(jié)拍自動計算，翻轉(zhuǎn)氣缸帶動吸附翻轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)90度，然后進(jìn)退氣缸帶動吸附進(jìn)退裝置通過直線導(dǎo)軌前移至模腔內(nèi)，同時靜電吸附板帶電，進(jìn)行靜電吸附金屬粉末和灰塵工作；當(dāng)開模至最高點處，整個靜電吸附裝置先縮回再翻轉(zhuǎn)進(jìn)行復(fù)位，靜電吸附板失電。而吸附板清洗輥在吸附板前進(jìn)和后退的過程中自動完成對靜電吸附板的清洗工作，滿足了環(huán)境保護(hù)的要求。

2.4 隨動裝置

如圖6所示，通過連接座和插銷與滑套連接，在模具開模與合模的過程中，始終保證靜電吸附裝置通過導(dǎo)向軸與上模具做同步運動。保證當(dāng)模腔增大時，能對整個模腔進(jìn)行靜電吸附，并保證與機械手（搬運機器人）旋入不干涉。

2.5 清洗動作

前一工位的送料機械手上先對板金外表面進(jìn)行吹掃；沖壓板金開始，當(dāng)開模達(dá)到一定高度時，吹模裝置前進(jìn)吹氣，瞬間復(fù)位；與此同時，靜電吸附裝置翻轉(zhuǎn)并前移，對模腔進(jìn)行靜電吸附；隨動裝置隨上模開啟同步上升，從而對整個模腔進(jìn)行靜電吸附；當(dāng)開模至頂端時，靜電吸附裝置后退并翻轉(zhuǎn)復(fù)位；下一工作周期開始。由于靜電吸附裝置緊貼上模具，與機械手何時進(jìn)入抓取工件無關(guān)，并不會發(fā)生干涉與碰撞現(xiàn)象。

3 安全措施

3.1 結(jié)構(gòu)方面

該設(shè)計的“汽車沖壓模具清洗智能化設(shè)備”安裝在板金沖壓機床的前后側(cè)，升降導(dǎo)向軸在機床兩側(cè)，保證開合模和機械手抓取工件時不干涉。如前面提到的隨動裝置、吸附裝置、吹模裝置說明。

3.2 工藝方面

整個清洗模具工作（吹板金、吹模具、吸粉塵）是在開模過程中和機械手抓取工件前完成，從而進(jìn)一步保證了開合模和機械手抓取工件時不干涉。

3.3 電氣方面

把機器人和沖壓機床的輸出點作為該研發(fā)設(shè)備的輸入點進(jìn)行控制，如：研發(fā)設(shè)備的吸附裝置、吹模裝置沒有正常復(fù)位，機器人不能抓取、機床不能開合模，同時報警；在吹模裝置安裝壓力檢測開關(guān)，當(dāng)氣源壓力不足時，報警提示；吸附裝置、吹模裝置可采用雙系統(tǒng)工作方式，當(dāng)一個系統(tǒng)漏氣或壓力不足而不能工作時，備用系統(tǒng)面立即啟動[3]。

3.4 控制系統(tǒng)

關(guān)鍵技術(shù)在于該清洗設(shè)備與送料機器人和取料機器人之間的動作銜接，需編制機器人運行程序和設(shè)備自動控制的PLC程序?？刹捎弥虚g繼電器的接線方式，機器人接線如圖7所示；PLC接線如圖8所示[4]。

由圖7和圖8可以看出：機器人的輸入點接中間繼電器的觸點，線圈接PLC的輸出點；機器人的輸出點接中間繼電器的線圈，觸點接PLC的輸入點。由于各汽車制造企業(yè)采用的機器人型號和PLC型號都不盡相同，因此相關(guān)程序省略。

4 結(jié) 果

（1）工藝合理、質(zhì)量輕，安裝、拆卸、維修方便，不影響其他設(shè)備工作；

（2）采用三清洗工藝：吹板金、吹模具、吸粉塵，使模具的清洗更加徹底和板金的表面質(zhì)量更高；

（3）該設(shè)備有防護(hù)欄、安全裝置、吸附裝置和清洗輥，不但避免環(huán)境污染，而且對設(shè)備安全、人身安全起到保障作用；

（4）該設(shè)備的噴嘴采用軟管連接，可調(diào)整噴嘴的數(shù)量和位置，不但吹掃方便，而且可適用不同沖壓機床模具的清洗工作，適用性廣；

（5）該清洗設(shè)備工作效率較高，利用開模間隙完成整個動作，而且可利用觸摸屏靈活設(shè)定設(shè)備工作周期（如每沖壓10件完成1次清洗）；

（6）采用PLC控制和HMI監(jiān)控，自動化程度高、動作可控，參數(shù)設(shè)定，同時具有報警顯示功能。

（7）經(jīng)濟(jì)效益。①采用該清洗設(shè)備，每條沖壓生產(chǎn)線每年可節(jié)約1500萬元左右；②設(shè)備總成本包括加工費材料費、安裝調(diào)試費等，每臺不超過50萬元，該外板金生產(chǎn)線需3臺清洗設(shè)備（批量生產(chǎn)），總共不超過120萬元，而且設(shè)備效率高、壽命長；③電氣元件總?cè)萘坎怀^1kW，而且是間歇性、周期性工作、工作周期可設(shè)定。

5 結(jié)束語

本文提出的清洗設(shè)備可利用沖壓的開合模進(jìn)行定期清洗，具有自動化程度高、工作參數(shù)可調(diào)整、靜電吸附板行程可調(diào)、噴嘴的角度可任意調(diào)整等功能，可提高汽車外板金（覆蓋件）生產(chǎn)效率、延長沖壓模具的壽命和生產(chǎn)線的使用周期。對于提升汽車品質(zhì)、加快新型汽車開發(fā)速度都具有重要意義。該設(shè)備的設(shè)計結(jié)構(gòu)不但適用于汽車行業(yè)不同類型的沖壓模具清洗，而且還適用于航空航天、摩托車、電子儀表等大型覆蓋件的生產(chǎn)與制造企業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董佳，李俊峰，于慶輝，等. 翼子板表面質(zhì)量缺陷的處理方法[J]. 模具工業(yè)， 2016（6）：30-33.

[2] DORF R C. Modern control systems solution manual[M]. New Jersey：Prentice Hall，2008：71-73.

[3] 張俊昌，尹麗娜，趙靜. 機械自動化技術(shù)在機械制造業(yè)中應(yīng)用[J]. 應(yīng)用技術(shù)，2012（12）：48-50.

[4] 耿金良. 計算機在自動控制中的應(yīng)用[J]. 控制工程，2011，5（5）：71-74.

[5] FRANKLIN G F. Feedback Control of Dynamic Systems[M]. Beijing：People's Telephone and Postal Press，2011：24-27.