汽車沖壓生產(chǎn)線整線仿真要點(diǎn)分析

于明湖

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201206）

面對(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，減少浪費(fèi)、提高生產(chǎn)線輸出能力是各汽車制造企業(yè)沖壓系統(tǒng)提升自身競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵[1]。充分利用自動(dòng)沖壓線的靈活性并發(fā)揮其生產(chǎn)能力和效率、提高沖壓車間的生產(chǎn)能力、改善和優(yōu)化沖壓線的自動(dòng)化輸送系統(tǒng)，是提高整線生產(chǎn)節(jié)拍的關(guān)鍵因素之一[2]。

隨著車型越來越多，產(chǎn)品更新越來越快，小改款、中期改款越來越頻繁，加上車型設(shè)計(jì)越來越突出個(gè)性化、高顏值方向。對(duì)沖壓生產(chǎn)線的包容性、柔性以及對(duì)模具的設(shè)計(jì)制造都帶來巨大壓力[3]。

實(shí)踐應(yīng)用證明，通過數(shù)字化沖壓線整線仿真技術(shù)，特別是在模具設(shè)計(jì)階段提前接入，能夠?qū)δ＞呱暇€后整線節(jié)拍提升起到正向促進(jìn)作用。本文從應(yīng)用沖壓線整線仿真技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡述，旨在為正確應(yīng)用整線仿真技術(shù)提供參考。

1 仿真關(guān)鍵點(diǎn)分析

1.1 拉伸墊設(shè)置

拉伸墊作為沖壓線打頭壓機(jī)拉延工藝的關(guān)鍵組成部分，拉伸墊運(yùn)動(dòng)設(shè)置必須與現(xiàn)場(chǎng)一致（拉伸墊動(dòng)作位置以壓機(jī)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的位置保持一致），否則會(huì)導(dǎo)致仿真過程中設(shè)置的取放料位置不一致，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致自動(dòng)化與模具壓邊圈碰撞干涉，進(jìn)而造成設(shè)備損壞。

同時(shí)，還需關(guān)注拉伸墊幾種不同運(yùn)行模式的選用：

①拉伸墊是否啟用預(yù)加速功能。數(shù)控系統(tǒng)接收來自多連桿壓力機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)，如圖1所示，控制液壓墊動(dòng)作，使液壓墊在滑塊下降時(shí)不停留在上限位置，而是先于滑塊向下移動(dòng)。在模具快要碰撞到壓板框架時(shí)，壓邊缸下腔被打開。液壓墊在向下移動(dòng)時(shí)先于滑塊，它的下降速度是滑塊的80%，在20mm時(shí)，滑塊趕上了拉伸墊。避免上模與拉伸墊硬性閉合時(shí)造成的沖擊[4]。

②拉伸墊是否啟用Lockingafter BDC功能。在下死點(diǎn)使氣墊在下死點(diǎn)停留一段時(shí)間，待上模與下模完全不接觸后再回程（僅針對(duì)上模同時(shí)存在內(nèi)壓邊圈的情況下，防止拉深成形后的零件變形）。

圖1 拉伸墊運(yùn)動(dòng)

③拉伸墊是否啟用取料位等待功能。

注：取料位等待是配合下料手提前進(jìn)入壓機(jī)取料的位置，在整線節(jié)拍提升中能夠起到一定的正向提升作用，此功能在越來越多高速線上被普及應(yīng)用。

圖1中各位置說明如下：1為拉伸墊預(yù)加速開始；2為低沖擊的從位置控制到力控制轉(zhuǎn)換過渡階段；3為通過數(shù)個(gè)線性插補(bǔ)力點(diǎn)和位置支持點(diǎn)為所需的成形力增大壓力；4為在底部拐點(diǎn)降壓（BDC位置）；5為拉伸墊Locking after BDC功能；6為拉伸墊提升至取料位等待位置（等待自動(dòng)化將零件移走）；7為拉伸墊返回初始狀態(tài)向上運(yùn)動(dòng)；8為拉伸墊起始位置。

1.2 斜楔須在初始位置

斜楔機(jī)構(gòu)是通過斜楔和滑塊的配合使用，變垂直運(yùn)動(dòng)為水平運(yùn)動(dòng)或傾斜運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。常規(guī)模具數(shù)模提供的都是模具閉合狀態(tài)下的狀態(tài)，此時(shí)模具中的所有斜楔都處于工作狀態(tài)，如圖2所示。但是自動(dòng)化進(jìn)出模腔運(yùn)動(dòng)過程中，所有斜楔機(jī)構(gòu)處于初始位置（強(qiáng)制回程狀態(tài)），如圖3所示。斜楔位置是否準(zhǔn)確，直接影響到自動(dòng)化進(jìn)出模具時(shí)自動(dòng)化與模具本體的干涉，如圖4所示。同樣，很多翼子板的旋轉(zhuǎn)斜楔也存在類似的情況。

1.3 零件須與實(shí)物一致

圖2 閉模時(shí)斜楔位置

圖3 開模斜楔初始位置

圖4 斜楔初始位置與干涉檢查

工序零件數(shù)模需要與零件在該工序完成之后的狀態(tài)完全一致，如圖5所示。模具工藝圖中的工序零件常規(guī)都有工藝補(bǔ)充部分型面，如果工序零件與實(shí)際零件不一致（圖6），會(huì)導(dǎo)致零件在仿真過程中，零件與模具的干涉仿真及Tooling設(shè)計(jì)時(shí)吸盤位置確認(rèn)存在差異（比如Tooling設(shè)計(jì)時(shí)，吸盤位置存在工藝孔，但因工藝補(bǔ)充未被發(fā)現(xiàn)）。

圖5 正確的工序零件須與實(shí)際狀態(tài)一致

圖6 上料手安全距離

1.4 安全距離設(shè)定

考慮到整線壓機(jī)及自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)過程中可能存在角度差，特別是急停狀態(tài)時(shí)壓機(jī)與自動(dòng)化的急停響應(yīng)不同（壓機(jī)慣性大，其急停狀態(tài)下會(huì)有制動(dòng)延時(shí)，進(jìn)而產(chǎn)生壓機(jī)與自動(dòng)化不同步），必須要設(shè)置足夠的安全余量。

常規(guī)的，自動(dòng)化手將零件送入模腔后，在自動(dòng)化退出模區(qū)的時(shí)候尤為危險(xiǎn)，自動(dòng)化手與上模的最小安全距離應(yīng)≥110mm。如果此處安全距離不足，當(dāng)生產(chǎn)線觸發(fā)急停的情況下，由于壓機(jī)慣量較大而導(dǎo)致滑塊繼續(xù)下行，會(huì)導(dǎo)致壓機(jī)滑塊與自動(dòng)化手正面相撞。

圖7 下料手安全距離

當(dāng)自動(dòng)化空手進(jìn)入模腔取件的時(shí)候，自動(dòng)化手與上模最小距離應(yīng)≥100mm，此時(shí)如果整線發(fā)生急停情況，壓機(jī)滑塊將仍有有部分向上的慣性，所以此處最小安全距離可以略小。

1.5 模具裝配結(jié)構(gòu)

模具總裝配結(jié)構(gòu)定義（圖8）：OP10一級(jí)裝配體只分為上模、壓邊圈、下模三個(gè)；OP20～50一級(jí)裝配體只分上模&下模兩個(gè)，其它CAM等不同運(yùn)動(dòng)部件（包括標(biāo)準(zhǔn)件裝備到對(duì)應(yīng)的上模或下模部件上），如果模具設(shè)計(jì)過程中沒有裝配層級(jí)，將極大影響仿真效率。

圖8 模具裝配結(jié)構(gòu)示意

2 數(shù)字模型與實(shí)際差異性

由于安裝誤差的客觀存在，實(shí)際生產(chǎn)線與數(shù)字化生產(chǎn)線模型難免存在差異，整線仿真工作的前提條件是要對(duì)整線模型與實(shí)際生產(chǎn)線的差異性進(jìn)行客觀評(píng)估。

具體方案可以通過以壓機(jī)工作臺(tái)中心槽及工作臺(tái)平面為基準(zhǔn)（圖9），測(cè)量自動(dòng)化在取放料位置與基準(zhǔn)位的數(shù)值，反向?qū)Ρ日€仿真模型中自動(dòng)化在相同位置情況下坐標(biāo)數(shù)值差異。

圖9 坐標(biāo)系定義示意

明確數(shù)字化整線仿真模型與實(shí)物生產(chǎn)線差異后，可以通過修正數(shù)字化生產(chǎn)線或仿真結(jié)果數(shù)據(jù)補(bǔ)償?shù)姆绞絹砑m正數(shù)字化整線仿真模型與實(shí)際生產(chǎn)線的差異，同時(shí)也應(yīng)該具體差異大小，修正自動(dòng)化最小安全距離設(shè)定值。

3 常規(guī)干涉點(diǎn)

（1）機(jī)械手下料時(shí)：空手進(jìn)入模腔時(shí)自動(dòng)化手上端與上模之間的干涉；空手進(jìn)入模腔時(shí)自動(dòng)化手端拾器吸盤與下模之間的干涉。

（2）機(jī)械手上料時(shí)：自動(dòng)化帶料傳輸時(shí)，零件最低點(diǎn)與下模之間的干涉；自動(dòng)化拋料后，自動(dòng)化空手退出時(shí)自動(dòng)化上端面與上模之間的干涉。

（3）前一序上料自動(dòng)化與下一序下料自動(dòng)化端拾器相互碰撞干涉。

4 結(jié)論

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，各汽車廠家對(duì)提高生產(chǎn)效率[5]的需求越來越迫切。充分用足設(shè)備的柔性，發(fā)揮設(shè)備潛在的優(yōu)質(zhì)特性，確保沖壓線節(jié)拍得到深入挖掘是沖壓領(lǐng)域不懈的努力方向。

影響整線節(jié)拍影響因素是多方面的。除了設(shè)備本身能力外，還與模具設(shè)計(jì)、調(diào)試軌跡人員水平、Tooling設(shè)計(jì)等因素直接相關(guān)。沖壓線整線數(shù)字化仿真技術(shù)的適時(shí)出現(xiàn)，將模具設(shè)計(jì)、軌跡離線編程優(yōu)化、Tooling提前設(shè)計(jì)等因素通過數(shù)字化整線模型的方式在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段便集合在一起，迎合了沖壓工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的契機(jī)。隨著沖壓線整線仿真技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，其價(jià)值被越來越多的主機(jī)廠所認(rèn)可，勢(shì)必在未來得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。