汽車沖壓模具智能化發展趨勢

楊慶波，董向坤，陳雪元，劉 健，王騰飛，牟少志，周 育

（中國第一汽車股份有限公司-工程與生產物流部，吉林長春 130011）

1 引言

隨著中國汽車工業的發展和中國制造2025的推進，國內少數部分汽車企業生產工廠由自動化向智能化工廠轉變。沖壓模具作為汽車制造過程中關鍵工裝裝備，對其提出了更高的要求。目前汽車沖壓模具中已開始采用一些數智化的智能設備，如溫度采集系統、廢料下滑檢測、模具電動平衡塊、氮氣缸無線檢測等先進技術。

2 模具溫度采集系統

沖壓拉伸模具長時間運行，在拉伸過程中板料與模具發生相對運動產生熱量，使模具表面溫度升高，模具表面溫度升高造成壓料面及凸凹模間隙過小，板料在成形過程中阻力過大，造成制件在拉伸過程中出現開裂或縮頸等質量問題。

模具上加裝模具溫度采集系統，可以實現對模具表面溫度的實施監控（見圖1），總結生產過程中生產數量、沖程次數與模具表面溫度的關系，對模具的間隙、壓邊圈壓力進行最佳調整。

圖1 模具表面溫度采集

3 模具電動平衡塊

沖壓生產過程中，通過人工增減平衡塊下方鋼質墊片的數量及厚度，使壓料面間隙合理及壓料力更均勻，沖壓生產更穩定，目前這種人工操作的傳統方式（見圖2）已不適應自動化、智能化工廠的發展要求。模具電動平衡塊是一種利用電驅動進行調節的模具平衡塊（見圖3），代替目前人工增減平衡塊墊片厚度的方式，實現模具平衡塊的高精度微量調節。

圖2 傳統平衡塊的操作方式

圖3 電動平衡塊內部結構圖

模具電動平衡塊包含控制系統（見圖4）和機械結構兩部分，其原理是（見圖5）：輸入調整指令，控制器/PLC控制伺服電機驅動機械結構部分，使機械結構內部組件進行擴張/收斂運動，實現模具電動平衡塊高度的增加/減少。

圖4 模具電動平衡塊控制系統工作流程圖

圖5 模具電動平衡塊工作過程圖

實現功能：根據制件質量及其他因素（模具溫度、板料性能、潤滑以及收料線變化）對壓料面間隙、壓力實現實時調整，使間隙更合理，壓力更均勻。實現壓料面間隙的自動調節。

模具溫度采集系統與模具電動平衡塊結合使用，可以監控分析模具關鍵部位溫度變化，通過模具電動平衡塊自動補償壓料間隙，降低了生產廢品。

4 模具氮氣缸壓力無線檢測

現在沖壓模具大量使用各種型號的氮氣缸，氮氣缸位于模具型腔內部，如不拆解模具無法完成氮氣缸的點檢工作，這樣給模具維修點檢工作帶來一定難度，浪費大量工時，而且點檢氮氣缸無專用工具，只能目視點檢，存在一定誤差。

模具氮氣缸壓力無線檢測（見圖6、圖7）是在氮氣缸安裝無線壓料傳感器，無線壓力傳感器將氮氣缸的壓力信號傳輸至現場的顯示終端，顯示終端顯示所有氣壓表的壓力值，符合標準顯示綠色，高于標準顯示黃色，低于標準顯示紅色，模具維修人員可以通過顯示終端直接判定那些氮氣缸壓力存在問題，實現問題精準識別，快速維修。

圖6 模具氮氣缸壓力無線檢測原理圖

圖7 模具氮氣缸壓力無線檢測簡易連接圖

5 模具廢料檢測裝置

模具自動化線生產需要廢料排料通暢，廢料單片滑入廢料收集線或掉入廢料收集盒中。當發生廢料排料卡料時（見圖8），由于單臺機床的模具廢料清理工作，會導致整條生產線被迫中斷，嚴重影響生產效率，廢料排料不暢問題已成為影響模具自動化線生產效率的重要部分，甚至成為部分手工線生產轉為自動化線生產時模具首要解決問題。如果清理不及時，部分廢料可能堆積在刃口或者堵塞廢料通道，而造成模具刀刃壓壞或其他自動化設備零件損壞，導致生產、安全、質量等事故的發生。

圖8 模具中廢料排料卡料

模具廢料檢測裝置（見圖9）能夠降低因廢料未及時排出帶來的制件質量、模具或自動化設備損壞等缺陷，進而降低因設備、模具損壞帶來的停臺問題。

圖9 模具廢料檢測裝置

6 模具到位檢測傳感器

模具活動機構是否歸位，板料是否投放到位，可以通過在模具布置到位檢測傳感器，對模具沖壓過程進行實施監控，避免因此造成的模具事故。

7 結束語

模具上加裝模具溫度采集系統，數據可上傳至系統，實現模具狀態實時監控；模具上加裝模具電動平衡塊，根據當前板料參數信息，實時調節平衡塊高度，提高制件合格率；模具加裝模具廢料檢測裝置，可智能識別廢料滑出狀態，提供沖壓生產的安全性；模具上加裝氮氣缸壓力無線檢測，可以實時觀察壓力的變化，實現了沖壓模具的智能化維護，提高了模具維修效率。

將模具溫度采集系統、模具電動平衡塊、模具廢料檢測裝置、氮氣缸壓力無線檢測集成在一個系統中，稱之為“模具智能控制系統”（見圖10），這樣可以實現沖壓生產的智能化、數字化賦能。

圖10 模具智能化控制系統