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摘 要： 在分析汽车冲压行业现状的基础上，介绍了我国汽车冲压模具清洗技术的发展和应用现状。针对汽车冲压模具尺寸大、工作型面复杂、冲压设备工作节拍快、模具和覆盖件表面清洗工艺复杂等特点，要求清洗设备不但需要自动控制而且还需要对设备运行中的数据进行智能反馈等技术环节，进一步提出了汽车冲压模具的多功能化与智能化清洗设备的研制思路。
关键词： 冲压模具； 工作节拍； 覆盖件； 智能反馈
中图分类号： U 466，TG 386 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2017）06-0101-04
0 引 言
汽车覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。解决覆盖件制造环节的汽车冲压模具清洗技术已然成为汽车行业板金生产的高精度化、高智能化、高效率化、高自动化、高效益化发展的严重瓶颈。同时冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。随着汽车冲压产品生产正呈现多品种、少批量的发展趋势，汽车覆盖件展现出复杂、大型、精密、更新换代速度快的变化特点。因此，开发适用各种模具的“汽车冲压模具多功能化与智能化清洗设备”是汽车行业发展的必然[1]。本文对汽车冲压模具多功能化与智能化清洗设备进行了研究。
1 汽车冲压模具清洗设备的方案
目前汽车覆盖件冲压设备的模具不易拆装，且需防锈、无油污渍、无粉尘。以某车型翼子板上一处表面质量缺陷的实际整改为案例，对翼子板的前期冲压成形工艺、翻边整形模的结构设计和后期的现场调试进行分析，通过更改工艺补充、偏差加工、现场调试、研合等最终消除成形零件的表面质量缺陷[2]。在实际生产过程中，汽车外板金（覆盖件）冲压过程中需裁剪多余的飞边，在模具上下运动冲压过程中，会产生对流现象，引起铁屑和粉尘的搅动且吸附在模具和覆盖件的表面，从而影响覆盖件的外面品质。针对该特性，本文所研制的汽车冲压模具的多功能化与智能化清洗设备采用空气吹扫和静电吸附的原理，完成模具和覆盖件的双清洗功能。主要结构包括从动和主动部分：从动部分包括底座和支架、随动连接座和导向轴等，如图1所示。主动部分包括上下吹模装置、外板金表面吹扫装置、静电吸附装置、控制系统等，如图2所示。
主要技术参数： 最大清洗尺寸3000mm×2000 mm×2500 mm； 最大清洗质量为10 t；控制功率为1 kW；控制操作高度为2000 mm；工作环境温度为10～45 ℃；压缩空气为0.5 MPa±0.10 MPa；相对湿度为30%～90%；总质量为≤1500 kg。
2 工艺流程（动作原理）
冲压机床开模—吹扫气缸推进—上下吹模具装置吹扫—吹模装置缩回复位—开模至一定高度—随动装置与模具做同步运动—吸附翻转装置旋转—吸附装置前进—吸附装置静电吸附—当开模至最高点—吸附装置先缩回再翻转复位—按设定的开模次数循环往复。
2.1 上下吹模具装置
如图3所示，该装置安装在冲压设备外侧，前后对称布置，上吹模装置和下吹模装置都不超过模具的高度，保证机械手抓取外板金和机床合模冲压时不发生干涉现象。
在冲压机床开模时，高度由限位开关和触摸屏设置的工件节拍自动计算，吹扫气缸推进，滚动装置沿限位导轨前进，吹扫气动电磁阀打开，喷嘴对准模具刃口处进行吹扫，0.3 s后，吹模装置缩回复位。
喷嘴的数量可通过气路分配器并根据现场实际来确定，喷嘴的位置可通过软管来调整吹扫位置。
2.2 外板金表面吹扫装置
可安装在送件机器人的机械手上或清洗设备上，则板金外表面在进入模腔前被吹扫干净。也可安装在吹模装置上，则板金外表面在进入模腔后与模具一同被吹扫干净。
2.3 静电吸附装置
该装置通过连接座安装在冲压设备上模具外侧，前后对称布置；安装拆卸洗模整机时，只要拔出插入插销即可完成，同时保证机械手抓取外板金和机床合模冲压时不发生干涉现象。静电吸附装置翻转后如图4所示；静电吸附装置翻转前如图5所示。
在冲压机床开模时，由于模腔空间由小变大，产生抽真空现象，该空间会飘浮金属粉末和灰尘，影响外板金的冲压质量。当冲压机床开模达到一定高度时，该高度同样由限位开关和触摸屏设置的工件节拍自动计算，翻转气缸带动吸附翻转装置旋转90度，然后进退气缸带动吸附进退装置通过直线导轨前移至模腔内，同时静电吸附板带电，进行静电吸附金属粉末和灰尘工作；当开模至最高点处，整个静电吸附装置先缩回再翻转进行复位，静电吸附板失电。而吸附板清洗辊在吸附板前进和后退的過程中自动完成对静电吸附板的清洗工作，满足了环境保护的要求。
2.4 随动装置
如图6所示，通过连接座和插销与滑套连接，在模具开模与合模的过程中，始终保证静电吸附装置通过导向轴与上模具做同步运动。保证当模腔增大时，能对整个模腔进行静电吸附，并保证与机械手（搬运机器人）旋入不干涉。
2.5 清洗动作
前一工位的送料机械手上先对板金外表面进行吹扫；冲压板金开始，当开模达到一定高度时，吹模装置前进吹气，瞬间复位；与此同时，静电吸附装置翻转并前移，对模腔进行静电吸附；随动装置随上模开启同步上升，从而对整个模腔进行静电吸附；当开模至顶端时，静电吸附装置后退并翻转复位；下一工作周期开始。由于静电吸附装置紧贴上模具，与机械手何时进入抓取工件无关，并不会发生干涉与碰撞现象。
3 安全措施
3.1 结构方面
该设计的“汽车冲压模具清洗智能化设备”安装在板金冲压机床的前后侧，升降导向轴在机床两侧，保证开合模和机械手抓取工件时不干涉。如前面提到的随动装置、吸附装置、吹模装置说明。
3.2 工艺方面
整个清洗模具工作（吹板金、吹模具、吸粉尘）是在开模过程中和机械手抓取工件前完成，从而进一步保证了开合模和机械手抓取工件时不干涉。
3.3 電气方面
把机器人和冲压机床的输出点作为该研发设备的输入点进行控制，如：研发设备的吸附装置、吹模装置没有正常复位，机器人不能抓取、机床不能开合模，同时报警；在吹模装置安装压力检测开关，当气源压力不足时，报警提示；吸附装置、吹模装置可采用双系统工作方式，当一个系统漏气或压力不足而不能工作时，备用系统面立即启动[3]。
3.4 控制系统
关键技术在于该清洗设备与送料机器人和取料机器人之间的动作衔接，需编制机器人运行程序和设备自动控制的PLC程序。可采用中间继电器的接线方式，机器人接线如图7所示；PLC接线如图8所示[4]。
由图7和图8可以看出：机器人的输入点接中间继电器的触点，线圈接PLC的输出点；机器人的输出点接中间继电器的线圈，触点接PLC的输入点。由于各汽车制造企业采用的机器人型号和PLC型号都不尽相同，因此相关程序省略。
4 结 果
（1）工艺合理、质量轻，安装、拆卸、维修方便，不影响其他设备工作；
（2）采用三清洗工艺：吹板金、吹模具、吸粉尘，使模具的清洗更加彻底和板金的表面质量更高；
（3）该设备有防护栏、安全装置、吸附装置和清洗辊，不但避免环境污染，而且对设备安全、人身安全起到保障作用；
（4）该设备的喷嘴采用软管连接，可调整喷嘴的数量和位置，不但吹扫方便，而且可适用不同冲压机床模具的清洗工作，适用性广；
（5）该清洗设备工作效率较高，利用开模间隙完成整个动作，而且可利用触摸屏灵活设定设备工作周期（如每冲压10件完成1次清洗）；
（6）采用PLC控制和HMI监控，自动化程度高、动作可控，参数设定，同时具有报警显示功能。
（7）经济效益。①采用该清洗设备，每条冲压生产线每年可节约1500万元左右；②设备总成本包括加工费材料费、安装调试费等，每台不超过50万元，该外板金生产线需3台清洗设备（批量生产），总共不超过120万元，而且设备效率高、寿命长；③电气元件总容量不超过1kW，而且是间歇性、周期性工作、工作周期可设定。
5 结束语
本文提出的清洗设备可利用冲压的开合模进行定期清洗，具有自动化程度高、工作参数可调整、静电吸附板行程可调、喷嘴的角度可任意调整等功能，可提高汽车外板金（覆盖件）生产效率、延长冲压模具的寿命和生产线的使用周期。对于提升汽车品质、加快新型汽车开发速度都具有重要意义。该设备的设计结构不但适用于汽车行业不同类型的冲压模具清洗，而且还适用于航空航天、摩托车、电子仪表等大型覆盖件的生产与制造企业。
参考文献：
[1] 董佳，李俊峰，于庆辉，等. 翼子板表面质量缺陷的处理方法[J]. 模具工业， 2016（6）：30-33.
[2] DORF R C. Modern control systems solution manual[M]. New Jersey：Prentice Hall，2008：71-73.
[3] 张俊昌，尹丽娜，赵静. 机械自动化技术在机械制造业中应用[J]. 应用技术，2012（12）：48-50.
[4] 耿金良. 计算机在自动控制中的应用[J]. 控制工程，2011，5（5）：71-74.
[5] FRANKLIN G F. Feedback Control of Dynamic Systems[M]. Beijing：People"s Telephone and Postal Press，2011：24-27.
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