預埋傳感器和視頻監控的沖壓模具

文／秦志洪·襄陽博亞精工裝備股份有限公司

現有沖壓或精沖模具(簡稱“模具”)的壽命，直接與產品的成本有關，模具壽命與許多因素相關，比如模具材料成分、模具的熱處理質量、模具內部潤滑和沖壓材料的潤滑、模具的配合間隙等等，具有一定的偶然性，所以，提前預警模具的壽命非常困難。

問題描述

而當模具遇到如崩刃、掉塊破損后，只有通過所沖壓的產品尺寸和外觀等表象，來推斷模具是否已經破損，但要真正發現模具的損壞部位，檢查起來非常不容易，有時操作人員需要把頭湊到設備的模具區去觀察，很不安全。如圖1 所示，模具的裂紋需要近距離才能觀察到。況且已經產生了大量的廢品，這樣不僅會耽誤加工時間，而且會浪費大量沖壓材料，帶來不必要的經濟損失。

圖1 模具裂紋圖

原因分析

產生這個情況的原因很多，如模具受力不好，設備工作異常，模具疲勞等許多因素，關鍵要能夠提前預警模具異常(溫度或受力)，及時發現模具的損壞。

整改措施

為此我們提出了整改方案，一種預埋傳感器和視頻監控的沖壓模具，以實現提早發現模具損壞的目的。本裝置已獲得實用新型專利，見圖2。

圖2 專利證書

整改內容

如圖3、圖4 所示，本整改方案下模架1 上的導套2 與上模架7 上的導柱3 配合，下模座18 安裝在下模架1 上，凹模13 和調整墊片17 置于下模座18 內；上模架7 的下面安裝有上模座8 和沖頭座11，沖頭12 裝在沖頭座11 內；凹模13 內設有溫度傳感器二16，下模座18 的上表面裝有攝像頭二14，所述攝像頭二14 為微型攝像頭，自帶光源和保護罩；沖頭12 與上模架7 之間上安裝有壓力傳感器9，壓力傳感器9 裝在上模座8 內，置于沖頭12 的中心線上，壓力傳感器9 與沖頭12 之間設有沖頭調整墊片10，沖頭12 上裝有溫度傳感器一5，沖頭座11的下表面裝有攝像頭一4，所述攝像頭一4 為微型攝像頭，自帶光源和保護罩。

圖3 整改方案的結構原理圖(模具的壓板和退料的結構省略)

圖4 整改方案的電控邏輯框圖

所述接線盒二19 安裝在下模架1 上，置于下模座18 下部的一側，接線盒二19 用導線及信號線通過下模座18 內的深孔，與溫度傳感器二16、攝像頭二14 接通；接線盒一6 安裝在上模架7 的下表面，置于上模座8 下部的一側，接線盒一6 用導線及信號線通過沖頭座11 及上模座8 內部的深孔，與溫度傳感器一5、攝像頭一4 接通。

對應攝像頭一4 及攝像頭二14 的位置，在下模座18 和沖頭座11 的相應部位有避空設計，沖頭座11 的下表面和下模座18 的上表面分別帶有凹槽，用于保護攝像頭一4 及攝像頭二14。

所述溫度傳感器一5、溫度傳感器二16、壓力傳感器9、攝像頭一4 及攝像頭二14 分別與數據監控分析系統20 連接。

模具沖壓時，模具內部的溫度傳感器一5 和溫度傳感器二16 以及壓力傳感器9 可將監測到的數據輸送到數據監控分析系統20，數據監控分析系統20 將數據保存，繪制各種曲線。當模具內部的溫度上升較快，達到預設的溫度值時(通常低于模具材料的回火溫度)，且壓力傳感器9 的壓力值急劇增加，數據監控分析系統20 可報警，以提示暫停沖壓工作或更換相應的沖頭或凹模，以免模具的不正常損壞；反過來這些模具內部溫度傳感器一5 和溫度傳感器二16 以及壓力傳感器9 所監測的數據，可以驗證模具設計的安全性，為模具的改進提供有力的數據支撐。

當模具的沖頭座11與下模座18打開一定距離后，視頻監控攝像頭一4 和攝像頭二14 開始工作，打開自帶相應的光源和保護罩(以保護攝像頭不被異物破壞和沖壓潤滑油的噴濺)，對目標區進行高清拍照，數據監控分析系統20 根據當前的拍攝照片，與上一次拍攝的照片(或系統指定照片)進行比對，發現異常(模具損壞)即可報警，并可以給沖壓設備發訊，暫停設備的沖壓工作，提示更換模具或更換模具備件，最大限度的減少廢品的產生。15 是沖壓后的成形工件，圖示沒有畫出壓料板和退料的結構。

數據監控分析系統20 還可以接入工廠網絡與智能化系統(MES)的數據，實現工廠內部所有加工過程數據的監控和共享，也可以用手機客戶端通過網絡與智能化工廠系統(MES)實現對數據監控分析系統20 的數據查看，為生產管理者提供極大的方便。

如上所述的整改方案內容，需要傳感器行業的設計工程師把傳感器小型化和微型化，來滿足模具的安裝空間要求，需要傳感器行業的設計工程師把傳感器的耐惡劣環境的適應力提高，需要沖壓設備廠家設計兼容模具內部預埋傳感器的接口，需要沖壓工廠的MES 與沖壓設備和模具分別連接，以方便控制和監控。

需要模具行業設計工程師把模具的純機械設計，逐步變成機電融合的機電一體化設計，還要求模具工程師精通傳感器技術，了解電控方面的知識。

結束語

本整改方案與現有技術相比，能通過模具自帶的視頻監控和視覺識別技術第一時間發現模具是否損壞，且可從監測到的數據，分析造成意外損壞的原因，是模具溫度過高還是沖壓過程中沖裁力過大，還可以結合沖壓設備的沖裁速度值、沖壓用潤滑油的定量值等數據，結合大量數據統計和分析，找到提高沖壓模具使用壽命的有效途徑，可有效對模具的使用壽命進行提前預警及在線監控，杜絕廢品產生，保證產品質量，提高工作效率，降低安全隱患。