雷玉霞，刘玉三，许 诺，廖 勇，温在慧

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545000）

0 引言

在传统的冲压生产方式中，模具相对独立，不与机台产生交互作用，机台之间零件的传递方式为人工搬运，生产效率低，零件精度一致性难以保证。随着信息科技技术的发展以及自动化产业的发展，自动冲压线应运而生。冲压自动线以其特有的高效能、高安全性和稳定性，成为冲压行业的发展趋势，国内越来越多的汽车生产厂家采用自动线以满足高速的生产制造需求[1-4]。因此，部分冲压旧模具会面临自动化改造的问题[5-10]。

通过深入对比冲压手动线和自动线的不同点，总结冲压旧模自动化改造的要点，对比旧模软硬件改造方式方法，并通过实践总结，指出改造过程中涉及的重点和难点问题的优化解决方案，用以指导冲压自动化改造，从而提升生产效率，保持零件一致性，满足销售需求，提升客户满意度。

1 冲压旧模自动化改造要点

1.1 冲压自动线和手动线的对比分析

冲压手动线和自动线现场照片，如图1 所示。手动线特征：（1）通常为4 台压力机连线生产，压机选用油压机或者机械压力机；（2）首台压机为拉延机台，配备气垫顶杆；（3）各机台之间工序件传输为人工手动搬运；（4）模具为手动螺杆锁紧；（5）废料不要求滑出机台外，可以手动进行废料的清理；（6）零件定位、双料、放件到位等均为肉眼判断；（7）模具上基本无电器元件。

图1 冲压线手动线和自动线现场照片

自动线特征：（1）通常为4 台/5 台机台，压机大多选用机械压力机；（2）首台压机为拉延机台，配备气垫顶杆，不配备废料斗；（3）线体由线首单元、压力机间单元和线末单元组成。其中，线首单元包含2 台堆垛小车、2 台上料机器人、清洗涂油机和送料皮带等；压力机间单元包含4 台机械压力机和3 台七轴机器；线末单元包含1 台六轴机器人和出料皮带等；（4）各机台之间工序件传输为机器人搬运（六轴/七轴）；（5）模具采用自动锁付方式锁紧；（6）废料不仅要求滑出模具，还需要滑出机台外，从机台边配备的废料斗，滑落到地坑里；（7）配备多种感应，如视觉识别，双料感应，工序件到位感应，模具各个运动部件的运动到位感应等；（8）模具上布置多种电器元件。

自动线涉及多个电器元件和集成控制系统。每个机器人和每个机台都是单独的控制系统，整线则为一个集成的控制系统。图2 所示为自动冲压线整线I/O 信号传递情况，任何一个板件到位和前后动作顺序都转化为电信号，由线体集成统一调配和控制。通过了解自动冲压线的整体运行机制、机器人运行规则、视觉识别技术原理、整线集成规则等，和掌握自动线生产机台现有条件和一般规律，如自动夹紧装置、快速定位装置、板件到位感应、斜楔运动到位感应、气动装置等，有利于对比自动线和手动线不同，寻找旧模具软硬件缺少的设施，有利于编制详细的旧模具改造方案。

图2 自动冲压线I/O 信号传递示意图

1.2 自动冲压线生产要点

通过详细对比我司冲压自动线和手动线，包含机台设备、机器人、端拾器、模具等相关软硬件及其连接互通方式，确定自动冲压生产要点如下：

（1）机器人采用七轴机器人，则各工序之间零件传序方向一致，无需在工序件进行零件180°旋转，确定模具接气口和电器盒安装位置。

（2）为快捷安装模具，各套模具需要增加左右两个快速定位孔，孔径φ60 mm，左边的孔径公差0.3 ～0.4 mm，右边孔径公差1 ～2 mm，精度高的为主定位孔，另一个为副定位孔。

（3）自动冲压线机台台面较大，可容下大型模具。旧模具部分左右件未并模，此时，两套模具可联合一起上机台，但需要保持一致的闭合高度，且中部连接区域，不妨碍机器人抓取和运输轨迹。

（4）自动线顶杆行程为60 ～300 mm，且初始状态顶出机台台面高度60 mm；需要对旧模具所有顶杆腿进行硬件干涉检查，确保模具可平行置于机台上。

（5）自动线上模马槽锁紧采用自动锁紧装置，需要增加宽160 mm 的感应面，作为锁紧装置限制面。

（6）为保证换模速度，约定自动线模具拉延模闭合高度为1000 mm；后工序模具闭合高度为1200 mm。

（7）二级废料滑槽超出机台最大距离为100 m。若超过该范围则模具干涉立柱，无法进入线体。

（8）各工序增加板料和工序件到位感应器；各运动机构需要增加到位感应。

（9）为保证自动线效率提升，前后工序中心距保持一致；冲压方向不做多个方向的旋转而只做单个方向旋转。

1.3 旧模改造自动化点检和改造方案

通过详细的对比冲压自动线和手动线的生产不同点，形成旧模改造自动化点检表，见表1。主要通过局部改造、增加匹配设备、增加电子元件、增加传输端拾器等方式，对模具进行软硬件升级。

表1 旧模改造自动化点检表

2 模具软硬件改造实例

按照上述点检表，对需要增加的感应器、端拾器和电器盒等进行一一确认，确保模具硬件符合自动线要求。图3 为增加的一些典型硬件。（a）和（b）图为增加快速定位孔前后对比；（c）图为手动线分两条线上线生产的车门外板模具，合并上自动线，增加垫板以调节至一致的闭合高度；（d）图为在原有角度不够的废料滑槽上增加波纹板，以使废料顺利滑出机台外；（e）图所示为增加的气动接口和电器盒。

图3 旧模软硬件改造部分示例

3 模具调试难点优化解决方案

在旧模硬件改造完成之后，需要上自动线进行模具调试。模具首次上线调试包含机器人轨迹调试、模具自动化原件调试、模具与机器人轨迹干涉验证、端拾器的安装调试和线首拆垛机器人的调试。生产过程中，钣金出现的手动线没有或者可接受的缺陷优化；由于高速生产导致的，零件外观问题和精度问题等。

3.1 冲压铁屑的优化

模具修边铁屑产生之后，由于其质量较轻，会随着冲压速度快而形成的气流发生不规则的飘动，若铁屑进入模具型腔内，则容易造成的零件压伤。当发现铁屑压伤零件时，需要停机对各序模具进行排查和擦拭，严重影响正常生产节拍，目前，铁屑问题已成为制约模具自动线生产效率提升的主要障碍，也成为行业内的重点研究课题及难题。冲压旧模改造不可对模具结构进行大规模改动，一定程度上制约了上述问题的优化程度。铁屑的优化，首先必须做好模具的基本工作，保证刃口的硬度、刃口间隙和刃口的垂直度。除此之外，还可以通过以下几种方式进行优化。

（1）后工序压料板做成台阶式避让。修边、整形工序，在确保压料板有效工作面积的前提下，将压料板做成台阶式避让结构，尽量减少压料板与工序件的接触面积，如图4（a）所示，使铁屑大概率附着在非工作型面上，减少压料板压伤零件的概率。

（2）后工序压料板钻避让孔。相同原理，可在压料工作区域钻避让孔，在产生铁屑时，使铁屑大概率附着到避让孔位置，如图4（b）。压料板的避让距离要确保有效的工作压料宽度，修边类的留20 ～40 mm 的有效压料宽度、整形翻边类的模具留70 ～80 mm 的压料面。

图4 压料板台阶式避让示意图

（3）增加吹气辅助装置。在模具调试阶段，可以根据现场生产的情况，在毛刺、铁粉频发位置，如凸模废料刀位置、修边交刀位置、转角、侧剪等集中产生铁屑位置增加辅助吹气装置，这些吹气管可以装在下模刃口附近，也可以装在上模废料刀附近，见图5 所示。具体吹气方向根据实际生产效果反复验证最终确定下来。生产时通过机台控制吹气通断，在机台下行压件时，控制气路断开，防止吹气造成铁粉带入模腔压伤零件，机台压件完之后上升时，控制气路通气吹铁粉，将铁粉吹出模腔外。

图5 增加吹气装置实物照

3.2 废料不排问题优化

自动冲压线冲裁和冲孔废料需要经模具上的废料滑槽滑至机台外，由废料斗引入地坑废料回收线。若废料卡在模具上，无法排出，会造成废料孔的塞积，最终导致冲孔组件和修边刀块的崩裂，甚至某些废料飞溅至斜楔导滑位置，影响斜楔正常运行，最终会造成重大生产事故，被迫停产。新模设计可从两方面入手解决废料不排问题：（1）增大废料滑槽的角度，以增加废料的下滑力；（2）废料滑槽宽度增大，确保废料的旋转仍能通过。然而，旧模自动化改造是在现有模具上进行废料不排的优化，不能对结构进行大范围改动，仅可小范围改动。

废料不排的优化措施：

（1）增加挡板避免废料干预斜楔运动。发动机罩左右侧侧切废料翻转，卡在模具活动凸轮与模座间隙中间造成废料不排。此时，需要在模具活动凸轮与模座增加挡板，增加托料装置防止废料翻转进入斜楔，如图6（a）所示。

（2）局部更改模具结构，增大废料排出空间。侧围一处废料滑落时，与模具筋条干涉，造成废料不排。此时，需要将模具筋条进行倒角处理，增大废料排出空间，如图6（b）所示。

（3）增加辅助弹片、顶料气缸等装置。侧围尾灯处顶出机构顶废料状态不稳定，废料弹出落下轨迹不受控。通过3 个措施进行改善：下模刃口避让修空；下模增加辅助弹片；调整下模顶料气缸，如图6（c）所示。

（4）增加上模顶料销装置。侧围加油口处OP20废料发生翻转，卡在滑槽与模座中间，造成废料不排；同时，由于板料上有油膜，废料易被上模刀块吸起，若吸至模面上，则造成零件报废。通过两个措施进行改善：下模刃口增加避让；按图6（d）示追加3 个弹顶销，确保加油口废料每片都排料。

图6 废料不排进入斜楔增加挡板

3.3 零件面品问题优化

部分零件在模具改造成自动线之后，出现局部面平不良等问题，部分解决方案：

（1）零件姿态变更，优化机器人轨迹。如图7 所示，发动机罩外板翻边面出现面品不良。最初认为是凸轮回程不足与零件干涉造成，经检查模具图纸该处凸轮回程后与零件离空6 mm；该工序机盖尾部翻边后刮料器将零件刮起，零件姿态发生变化，零件尾部上翘头部下沉，正常取件与下模轻微干涉。整改方案：调试取料端拾器轨迹，先向F向移动后再Z向抓起。

图7 发动机罩外板翻边面品不良

（2）优化排气。发动机罩外板第三序下模设计有避让孔，用于下模座螺杆锁付，模具该区域排气不足，在压机速度为14 c/min 时零件外观无不良现象，16 c/min 时面凹轻微，18 c/min 时面凹加剧，如图8 所示。优化方案：对应上模压料面做避让，同时左右侧各新增一个φ25 的排气孔。

图8 发动机罩A 面面品不良

3.4 自动线原件不良优化

旧模改造成自动线后，增加许多自动线电器元件和设备，上线调试后投入生产后还需要进一步调试，部分电器元件和设备出现匹配问题，优化方案如下：

（1）端拾器设计不良。端拾器是自动线上各工序之间搬运零件的设备工装，其上布置有多个吸盘，吸盘连接真空发生器，通过程序进行控制，抽真空进行零件抓取，放气则进行零件放置。背门外板端拾器前期基于工法图进行端拾器吸盘位置和大小的布置，端拾器刚朵拉高度按照高出零件最高点60 ～80 mm 进行设计，布置相应支臂，输出支臂长度。这种设计方式，未考虑到模具结构对端拾器的影响，在尾门上下段第五序模具调试时，由于模具存在斜楔，在保证刚朵拉与斜楔30 mm 安全距离的情况下，出现端拾器支臂长度不够的不良，如图9 所示。整改方案：在保证刚朵拉与斜楔安全距离30 mm 的前提下，替换第五工序长度不足的支臂。因此，端拾器的设计应该基于模具图纸，而不是工法图纸。

图9 优化前后的后背门外板端拾器

（2）感应器感应不良。侧围外板拉延工序，重力作用下板料翘起，且在设备下压瞬间板料抖动，存在短暂时间内感应器感应不到板料，导致设备急停。整改对策：垫高感应器，增加检测杆长度，由55 mm 增至80 mm；补焊感应器检测板，使得感应器更灵敏，由之前的感应4 ～5 mm 亮灯优化至感应杆滑动2.5 mm即感应到位，如图10 所示。

图10 优化前后的感应器

4 结语

通过深度对比冲压手动线和自动线不同点，发现了冲压旧模自动化改造的要点。列举旧模软硬件改造方式方法，并通过实践总结，指出改造过程中涉及的重点和难点问题的优化解决方案，得到以下主要结论：

（1）旧模自动化改造，需要考虑软件和硬件两方面。软件方面，需要了解整个线体的I/O 信号传递路径，在必要的位置增加感应器等电子元件；硬件方面，需要掌握线体的布置规律和设备信息，对照现有模具进行模具尺寸、快速定位等相应改造；同时提前准备自动线特有的端拾器等。

（2）旧模自动化改造，出现的铁屑问题的主要措施：后工序压料板做成台阶式避让、压料板钻避让孔和增加吹气辅助装置；废料不排问题的主要措施为：增加挡板避免废料干预斜楔运动；局部更改模具结构，增大废料排出空间；增加辅助弹片、顶料气缸等装置；增加上模顶料销等；零件面品问题的措施需要针对具体的问题进行详细的分析，注意考虑零件姿态变化、机器人轨迹和排气孔等；自动线端拾器设计，需要基于对应的模具进行设计；拉延类感应器的布置考虑板料重力状态，选择平稳的位置设置定位器。