沖壓

汽車覆蓋件沖壓高速生産模式下重點問題及方案

轉載 :  caifu50225.cn   2018年10月31日

  沖壓高速生産線逐漸普及,高速生産帶來了低速生産下未曾關注到的多項新問題,在節拍提升過程中壓機、模具使用不當将會導緻模具和設備損傷,嚴重時産生損壞事故,新模具投産、新工廠使用時需要注意。

  近年來随着汽車覆蓋件沖壓壓機技術能力的發展,汽車覆蓋件的沖壓生産節拍有了巨大的提升,以2016年一汽-大衆沖壓中心投入使用的Schuler高速伺服生産線為例,壓機沖程比已經達到1∶1,乘用車門外闆類生産節拍已經達到了每分鐘17次,鋁件模具普遍使用每分鐘15次的節拍生産,大型側圍類模具(包括C級車側圍)已經可以使用每分鐘14次的節拍生産,這對沖壓的生産效率來講是巨大的飛躍。從近兩年新建設的沖壓廠房來看,國産高速線也已經投入使用,沖壓高速生産線将會在汽車覆蓋件生産中逐漸普及。

  壓機與模具在高節拍工作下出現了低節拍下未曾遇到的諸多新問題,本文将從模具接觸速度、模具可控氮氣缸節拍、模具氣動類結構角度設置三方面進行介紹和解析,為後續使用高速線的工廠提供經驗參考。

  模具接觸速度

  

  圖1 DELMIA仿真界面

  

  圖2 單台壓機各階段速度點位及操作界面

  高速伺服線除速度快的特點外,上滑塊在運動過程中各階段的速度可以使用模拟軟件進行全動态仿真(DELMIA仿真界面見圖1)進行調節。圖2是控制單台壓機各階段速度的操作界面,其中:D是滑塊下行減速點,T為上下模具的接觸點,P2為即将達到下死點前1mm點,P3為離開下死點後1mm點,B為上下模具脫開點,A為上行加速點。

  如果模具在工作時使用壓機滿速度工作(Schuler壓機節拍可達到每分鐘22次),上下模具在接觸瞬間将産生巨大的沖擊,各類模具結構由于高載荷沖擊,強度可靠性将産生隐患,模具部分工作部件壽命也将減少。其次壓機受到往複沖擊反作用力,長期運行也會對壓機本身精度産生影響。因此在速度設置時,必須在上下模具接觸點以及之後的零件成形階段将速度設置慢,對空運行(與成形無關且不損害模具)情況下速度設置快,這樣一來可以同時保證設備的高速運行以及較小的沖擊。

  這裡以某車型四門窗框模具15次生産為例:某修邊沖孔序在工作時壓機底座振動峰值達到12000mg,滑塊振動峰值達到7900mg。壓機報警頻率高,制件毛刺缺陷體現頻繁。

  

  圖3 優化前後曲線關鍵點

  經分析,原曲線(圖3a)上下模具減速點距離下死點距離為200mm,接觸高度為距離下死點100 mm,接觸點T點瞬時節拍為15,P2為19,P3為19。這裡面起決定性作用的是實際接觸點高度,實際測量值為120mm;在原曲線基礎上,保證整線節拍不受影響,将減速點提至220mm,将接觸點T高度更改為實際的120mm,同時将接觸節拍速度由15降至12,P2點由19降至13,P3由19降至16(圖3b),優化後壓機底座振動峰值由12000mg降至5900mg,滑塊振動峰值由7900mg降至4400mg,前後實際效果對比見圖4。同時整線節拍雖然由17.1降至了16,但仍能保持15次的生産運行。

  模具可控氮氣缸節拍

  可控氮氣缸相較于普通氮氣缸的區别是:其活塞杆可以在底部位置鎖定,而活塞杆返回的時間可以通過壓縮空氣或者電氣信号進行控制。這樣一來可控氮氣缸既能提供可控的壓料力,又避免了制件成形後氣缸頂出造成的制件變形或其他缺陷。目前沖壓模具此結構主要應用于頂蓋天窗的翻邊整形,發罩外闆、行李廂外闆等模具的夾持翻邊。圖5為某頂蓋和某後蓋上外闆可控氮氣缸結構實例。

  

  圖4 優化前後振動

  

  圖5 可控氮氣缸實例

  

  圖6 可控氮氣缸最大熱因數值

  可控氮氣缸可達到的節拍是有限制的,如果不被關注或提前計算清楚,可控氮氣缸在超負荷節拍持續工作下将會發生損壞,影響制件質量。可控氮氣缸在無外接冷卻裝置以及有外接冷卻裝置時都有自己的最大熱因數限制,圖6為某品牌不同型号可控氮氣缸在有無冷卻裝置下的最大熱因數值。實際生産時關注的是,該可控氣缸能達到的實際熱因數是多少,是否超出了理論的最大熱因數。實際熱因數的計算公式為:實際熱因數=節拍(沖程次數/分鐘)×活塞單次行程,當實際熱因數小于不帶冷卻的最大熱因數時,氮氣缸可以不接入冷卻進行工作。當實際熱因數大于不帶冷卻的最大熱因數時,氮氣缸使用時需要外接冷卻裝置。當實際熱因數大于冷卻條件下的最大熱因數時,氮氣缸會出現損壞,出現問題。

  舉例子加以說明:⑴型号為2489.14.03000.060的可控氮氣缸,行程為60mm,節拍為8次,則熱因數為480。該型号可控氮氣缸不帶冷卻的最大熱因數為380,帶冷卻的最大熱因數為1200,因此該氮氣缸如果要以節拍8生産,使用時需要接入冷卻裝置;⑵某頂蓋使用的KF2489.14.05000.040.037可控氮氣缸,在不帶冷卻裝置情況下的熱因數為360,行程為37mm,計算可達到的最大節拍為9.73次。這個計算是基于氮氣缸在最大壓力(150bar)下工作的,當氮氣缸未在最大壓力下工作時,即氮氣缸充氣壓力小于150bar,氮氣缸實際工作的最大熱因數也等比例下降。仍以這個頂蓋使用的可控氮氣缸為例,氮氣缸充氣壓力為150Bar時,輸出最大力為5000daN,若氮氣缸實際工作時隻充90bar,實際輸出最大力則為3000daN,在90bar狀态下,此氮氣缸的最大節拍為16.2次。

  

  圖7 某翼子闆旋轉斜楔示意圖

  模具氣動類結構角度設置

  氣動結構在大線生産過程中通過壓機氣源的控制,實現氣缸的運動,進而完成模具的具體動作(一般為斜楔)。氣缸動作的時間是基本不變的,而在高速生産模式下,壓機速度加快後,可能發生氣動動作還未完成,模具上模已經到達下模工作位置,若未加留意或角度設置不當,滑塊繼續下行,将造成嚴重的模具事故。

  以某翼子闆與發罩搭接處旋轉斜楔為例,旋轉斜楔靠圖7所示氣缸伸縮進行旋轉,在正常低節拍情況下的工藝流程為:氣缸運動→氣缸帶動旋轉斜楔工作到位→上模與下模接觸→翻邊斜楔進行工作成形(圖8)。若節拍提升時旋轉斜楔尚未旋轉到位,上模便已經開始驅動翻邊斜楔進行工作時,則可想象模具翻邊斜楔将與旋轉斜楔撞擊,發生嚴重損壞事故。

  針對以上問題,建議對氣動類模具進行兩方面的設置:⑴氣動角度設置盡量增加餘量,也就是在上滑塊下壓前,提前啟動氣動動作,使氣動動作有充分的運動到位時間;⑵氣動到位傳感器必須在壓機中進行設置并起作用,方便監測運動到位情況,一旦出現未到位,壓機上滑塊在某位置點需要緊急停台,防止繼續下壓發生模具事故。

  

  圖8 某翼子闆翻邊工作示意圖

  結束語

  沖壓壓機技術不斷提升,生産節拍也随之越來越快,高節拍帶來的新問題不容忽視,若不提前采取措施進行預防,則有可能影響正常的生産秩序,模具接觸速度、模具可控氮氣缸、模具氣動類結構角度設置三方面問題是當前高速生産線的重要關注點,希望為其他沖壓生産基地提供經驗參考。

  ——來源:《鍛造與沖壓》2018年第20期

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