基于固定式工作臺的壓機線換模工藝的開發與研究

尤少君

（上海汽車商用車有限公司 沖壓車間，江蘇 無錫 214177）

0 引言

對于沖壓車間而言，模具更換時間的長短是影響壓機線生產效率的主要因素之一［1］。目前，上海汽車商用車有限公司沖壓車間A線、B線使用的均為國外20世紀80年代及以前的二手設備，每4臺壓機構成的壓機線均為固定工作臺的老式壓機。相對于20世紀90年代初出現的移動工作臺的新式壓機，這類老壓機在很多老沖壓廠和模具廠還在廣泛使用［2］。本文獨創性地開發了一套基于固定式工作臺的壓機整線同步換模的換模工藝，并在使用中經不斷改進和優化，每條生產線的換模時間由原來的2h縮短至12min。

1 國內外換模工藝對比

換模工藝的優劣主要以安全可靠性的高低、換模時間長短為判斷依據。在大量查閱了國內外老式壓機的換模工藝后，發現目前尚未有在老式壓機線上實現整線同步換模的工藝。表1詳細描述了老式壓機的各種換模工藝。圖1和圖2則分別顯示了國外某廠和國內某廠對固定式工作臺的壓機進行換模的現場實例。

表1 老式壓機換模工藝對比

2 換模工藝的方案制定

在精益生產有關理論的指導下，換模工藝以減少等待時間、作業切換時間、內部作業時間為目標，進行了一系列的技術創新與優化。

2.1 減少等待時間

目前，國內外采用有軌換模小車的工藝并不少見，但不管采取何種布置方式，都避免不了換模過程中的等待時間，模具的等待成了縮短換模時間的瓶頸。圖3和圖4是各種有軌換模小車工藝中模具等待的兩種常見形式。方案一必須等待上一副模具移出后，下一副模具才能進行換模，而方案二必須等待上一副模具從換模小車上吊走并吊好下一副模具后，下一副模具才能進行換模。方案一有模具等待工位，場地占用面積大，而方案二由于占用了大量外部作業時間，使得整線換模時間過長。總之，換模過程中的等待時間均會降低整車廠的生產效率。

圖1 國外某汽車廠無軌換模車

圖2 國內某汽車廠非成線壓機上的有軌換模工裝

圖3 整線換模方案一

比對各種換模方案的優劣，我們創造性地針對固定式工作臺的壓機線（工作臺必須等高）設計了一套整線同步換模工藝，如圖5所示。新工藝僅比方案一、方案二多增加了一臺換模小車，但換模工藝截然不同。由于換模小車是雙向推拉模具的，因此當5臺換模小車在線外備模完成后（其中首臺或末臺小車為空，即無模具），換模時同時開進壓機線，即可實現“一”字方向的同步換模。具體換模步序如下：

（1）1號換模小車空出（無模具、無墊板），2～5號換模小車備好下一副模具，所有換模小車推拉機構在同側。

（2）1～5號換模小車同時開進壓機線并停止到位后，控制系統使換模小車推拉機構與相鄰壓機內的模具墊板連接。

（3）1號壓機內的模具轉移至1號換模車上，2號換模車上的模具轉移至1號壓機內，同理，后續壓機和換模小車在“一”字方向進行換模；整個推拉過程可同步進行，直至1～4號換模小車上為上一副模具，5號換模小車空出，而1～4號壓機內為下一副模具為止。

（4）1～5號換模小車同時開出壓機線。

圖4 整線換模方案二

圖5 整線同步換模工藝

圖6顯示了新換模工藝和方案一的ADC時序圖。顯而易見，新工藝僅用了3步工序便完成了換模車的整個換模過程。從效率上來說，新工藝僅僅耗時191s，比方案一節約了347s，僅此一項，換模效率便提升了64.5%。

圖6 新換模工藝與方案一的ADC時序圖

2.2 減少作業切換時間

國內老式壓機線的換模時間之所以太長，主要是沒有處理好操作的并行和串行問題。并不是所有的換模操作都必須等到上一步序完成后才能進行，只有變串行工程為并行工程，就能縮短換模時間，提高生產效率［3］。

換模法則中有一條稱為“雙腳勿動”，即切換動作主要是依賴雙手的動作完成，腳必須減少移動或走動的機會［4］。由于A、B線目前是手動線，板料在壓機間的傳輸無法依靠自動化來完成，為了提高生產效率，必須使用皮帶傳輸機來代替操作員工的來回搬運。當使用換模小車換模時，皮帶機必須“讓位”，因此新的換模工藝中設計了皮帶機和換模車的聯動。皮帶機的移動依靠固定在換模車上的可拆式連接桿推拉實現。該設計不僅節約了人力成本，同時可節約30s/（臺·次）的時間。

2.3 減少內部作業時間

內部作業時間是指那些必須將生產活動中斷下來才可以完成的活動，生產只有在活動完成后才能繼續所占用的時間。從定義可知，內部作業時間只能減少，不能消滅。

手動線使用的模具夾緊器大多為T型螺栓或弓形壓板，這種模具裝夾的方式耗費了較多的內部作業時間。螺栓真正發揮上緊功能的只有最后一圈而已，因此，改善的最佳對策就是要消除使用螺絲的固定方式。新的換模工藝選用了由SR廠家生產的SY10型號手持式夾緊器，其只需要人工將夾緊器沿T型槽送進至模具夾緊面，通過液壓缸產生一定的夾緊力。通過對夾緊器的改進，使得在模具夾緊這一步序上所用的時間由原先的8min縮短到現在的3min。

為應對多品種、小批量的市場需求，在沖壓生產過程中，免不了要頻繁地更換模具，這時縮短內部換模時間顯得尤為重要。如何減少滑塊閉合高度的調節時間也是本工藝中研究分析的重點。為了減少不必要的滑塊閉高的調整時間，在不改變每日生產計劃的前提下，新方案對計劃物流部發布的生產零件次序做了調整，確保要生產的模具閉高總是逐一升高或降低。

表2為B線改進前的某日生產計劃。若按照閉合高逐漸升高的方法排序，則應為左、右后輪罩內板（1 357mm）→發動機蓋外板（1 578mm）→左后門外板（1 593mm）→左、右后門下內板（1 594.2mm）→右前門外板（1 786mm）。以B線滑塊調節速度為40mm/min計，則改進前每班次的滑塊調節總時間為17.4min，而改進后每班次的滑塊調節總時間縮短為10.7min。由此可見，即使未做設備工裝的改進，僅僅調整生產計劃也是可以減少內部作業時間的。

表2 改進前B線某日生產計劃

3 結束語

本文創造性地將固定工作臺壓機線的同步換模成為可能，這對于舊設備的改造起到了標桿性的指導作用。新的換模工藝實屬國內外首創，它很好地解決了該類壓機換模困難的問題，同時對于手動壓機線換模效率的提高起到了積極良好的示范作用。經過驗證和不斷的優化，目前手動線每次換模時間可以縮短至13min以內，生產效率提高了37%。

［1］王洪廣，張麗麗.快速換模技術在大中型客車行業沖壓加工中的應用［J］.裝備制造技術，2009（4）：139－141.

［2］趙升噸，張學來，高長宇，等.高速壓力機的現狀及其發展趨勢［J］.鍛壓裝備與制造技術，2005（1）：17－24.

［3］李登記.基于精益生產理論的換模過程改進研究［D］.合肥：合肥工業大學，2009：43－47.

［4］路士利，魯建廈，蔣敏芳.精益生產中的快速換模技術研究［J］.輕工機械，2006（4）：91－93.