沖壓工藝柔性化生產
——聯合安裝、半自動化和多工位的綜合應用

文/朱剛·東風(武漢)實業有限公司技術開發部

沖壓工藝柔性化生產
——聯合安裝、半自動化和多工位的綜合應用

文/朱剛·東風(武漢)實業有限公司技術開發部

朱剛，主管工程師。研究成果：聯合安裝已實現20多套模具的安裝，半自動化模具已有8個產品投入使用，20多個品種完成多工位的應用。

單序沖壓設備通過采用聯合安裝、半自動化和多工位的綜合應用能最大限度的優化沖壓生產工藝、降低生產成本和提高生產效率。

隨著中國沖壓工業的迅速發展，零部件企業面臨的競爭壓力日漸激烈。各沖壓件零部件企業利潤空間逐漸縮小，降低加工成本成為各企業的生存之道。柔性化生產是目前降低沖壓件加工成本的最有效手段之一。

目前，發達國家的生產設備精良、自動化程度高，模具零件制造實現了標準化、通用化、系列化，已經達到了一個零件對應一套模具一個沖次的全自動化出件的水平。然而，當今中國的大部分企業仍然還是采用傳統的沖壓工藝，即人工生產線按照一模一序的生產方式生產零件。針對目前中國大部分企業所采用的單序沖壓設備這種現狀，本文主要介紹如何采用柔性化工藝來降低生產成本。

聯合安裝

已開發工裝模具的產品首先選擇聯合安裝的生產工藝來降低成本，提高生產效率。聯合安裝是指將2套或者幾套模具同時安裝在一臺設備上面（圖1），實現一次沖壓完成幾個工序的目的，從而大大提高設備的產能，節約人員和設備能耗，大大降低生產成本。圖2所示是2套模具聯合安裝的生產實際。

采用聯合安裝需要克服如下2個主要問題：

⑴保證模具的閉合高度一致。模具的閉合高度必須一致，以保證在沖床下死點時，所有工序模具到底。調整模具閉合高度的常用方法有增加墊片和模具上下面加工兩種。

⑵為多個模具增加相應的平衡措施。由于2個或多個模具所需壓力不均衡，設備在下行過程中會導致滑塊受力不均勻而破壞設備。這就需要增加相應的平衡措施保證滑塊受力均衡。調整受力不均衡的常用手段有在模具上增加氮氣缸或彈簧和在設備上使用緩沖缸兩種。

圖1 2套模具聯合安裝圖

圖2 2套模具聯合安裝生產圖

半自動化

由于模具尺寸和閉合高度的限制，很多已開發模具無法實現聯合安裝，此時可以對模具進行半自動化改造。此處所說的半自動化是指對模具結構進行改進，達到自動取料的一種生產工藝。此種半自動化生產工藝每工序可以減少一個人工投入，同時可以降低生產節拍，提高生產效率。

模具的半自動化取料機構常用的方式有如下3種：

⑴氣動頂出機構。模具內部設計頂出氣缸，工作的時候模具氣缸和氣源連接在一起，沖壓完成之后滑塊上升過程中通過氣閥控制頂出機構將零件頂出，零件掉落之后氣閥控制頂出機構回位。氣閥可以通過送料人員手工操作或設備增加電控程序自動控制切換來完成送料裝置的頂出和退回循環。圖3、圖4、圖5和圖6分別為中支柱里板OP10、OP20、OP30和OP40的氣動頂出機構簡圖。

⑵液動頂出零件。模具內部安裝一套小型的液壓系統，當模具完成沖壓之后，滑塊上行到一定的位置觸發微動開關，微動開關使模具內部的液壓系統開始工作，頂出液壓缸，液壓缸帶動頂出裝置將零件頂出。滑塊下滑的過程中再次觸動微動開關，微動開關控制模具內部的液壓系統縮回液壓缸，從 而帶動頂出裝置復位。

⑶利用杠桿頂出零件。在模具進料方向設計一個杠桿，沖壓完成滑塊上行到一定高度時，由進料方向的操作人員按下杠桿一端，杠桿另一端把零件頂出模具型腔，隨后操作人員抬起杠桿，另一端就會退回模具內部進行下一次沖壓。

圖3 中支柱里板OP10拉延序氣動頂出機構

圖4 中支柱里板OP20修邊沖孔序氣動頂出機構

圖5 中支柱里板OP30整形翻孔序氣動頂出機構

圖6 中支柱里板OP40修邊沖孔序氣動頂出機構

半自動化沖壓工藝雖然有很大的優點，但是也有不少限制條件。首先，不能處理薄板零件。薄板零件在頂出的過程中可能會變形，在下滑到傳送帶的過程中也可能會被碰撞變形、彎曲等，使零件產生嚴重的質量缺陷。其次，對于像后地板、輪罩等大型零件和拉延深度很深的反拉延零件也不能采用半自動化沖壓工藝。因為半自動化模具結構頂出高度有限，大型零件被頂出并且滑下模具的高度可能大于下模高度，這樣自動頂出的功能就實現不了了。同理，反拉延深的零件也因為頂出高度限制的問題不能采用半自動化沖壓工藝。因此，在進行加工前，工作人員需要對模具結構和產品特性作充分的分析，對符合條件的產品采用半自動化沖壓工藝，提高生產效率。

多工位

對于新開發產品的模具設計可以選用多工位工藝。本文所述多工位工藝是指將一個需要多道工序完成的沖壓制件合并在一套模具上完成。與傳統工藝相比，多工位不僅可以節省沖壓沖次，還可以節約模具制造成本。

多工位工藝應用的主要難點在模具結構的設計上。主要有以下幾個方面：⑴多工位模具大部分排廢料行程較大，所需空間大，會導致模具強度不好，需要克服模具空開量大的情況下保證模具強度的問題；⑵多工位模具大部分都面臨著模具受力不均衡的問題，需要采取相應措施解決模具受力的不均衡性；⑶多工位模具工序多，部分模具結構受到不同方向的側向力，模具整體防側向力需考慮周全，保證防側向力的結構不漏項需要較為周全的會簽校對。以下圖7為2工位簡圖，圖8為3工位簡圖，圖9為4工位簡圖。

多工位模具結構設計一般一套模具由一個設計員設計，由于結構復雜內容多，設計周期會比設計單套模具長不少，在工裝開發周期緊張的情況下需要重點管控。多工位生產手工操作，由于人多手雜，安全隱患一定要消除。首先，設備需要有多個串聯的雙手按鈕確保操作人員每人一個雙手按鈕，只有當所有人員同時按雙手按鈕時設備才能正常工作，保證設備工作時所有人員遠離模具工作區。同時增加光電保護裝置，當有人超越安全保護區時設備自動停止，起到雙重保險的作用。

多工位工藝的實現要比單工序工藝繁瑣，但是只要穩步探索、靈活應用，對沖壓加工成本的管控就會有一個質的飛躍。

圖7 A柱里板下部整形翻孔序+修邊沖孔側沖孔分離序2工位模

圖8 A柱里板上部修邊側修邊沖孔序+修邊側修邊沖孔側沖孔序+翻邊整形分離序3工位模

圖9 B柱下加強板修邊序+側整形序+修邊沖孔側沖孔序+分離序4工位模

結束語

當今中國的沖壓制造業正快速成長，逐步向標準化、通用化和全自動化靠近。中國大部分中、小型企業還是采用較為落后的單工序手動生產設備，已經逐步失去競爭優勢。全自動化聯合沖床的使用是一種發展趨勢，但是對大部分中、小型企來說還需要較長的過渡期，需要在較為落后的生產設備的基礎上尋求改造空間。本文提到的聯合安裝、半自動化和多工位生產工藝均是針對單工序手工生產設備，且能大幅度降低加工成本的措施。各企業可以根據自身的具體情況統籌運用這3種柔性化沖壓工藝，來控制加工成本。