薄板冲裁加工中微连接功能的应用难点及解决方法

姚殿民　吴万平　肖青

【摘 要】本文针对实际生产中数控转塔冲床加工薄板过程中使用微连接功能时发现的实际问题;介绍了数控转塔冲床的薄板加工工艺， 以及加工过程中的难点问题的解决思路与方法。对工艺方法和加工程序进行了优化。

【关键词】冲裁加工;微连接;程序优化

中图分类号： TG661文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.017

Application Difficulties and Solutions of Micro-connection Function in Sheet Blanking

YAO Dian-min WU Wan-ping XIAO Qing

（China Shipbuilding Industry Corporation N0.722 Research Institute， Wuhan Hubei 430079， China）

【Abstract】In view of the practical problems found in the process of thin plate processing by NC turret punch in actual production，this paper introduces the thin plate processing technology of NC turret punch，and the solutions to the difficult problems in the process of processing.The process method and processing procedure were optimized.

【Key words】Blanking;Micro-connection;Program optimization

0 引言

数控转塔冲床是用于金属薄板零件加工的专业设备，相对于传统冲压设备，其通过简单的模具组合和程序控制，在扩大加工范围和加工能力的同时，大大降低了模具的费用，降低了成本并缩短了加工周期，使得生产效率大大提升，非常适用于小批量、多品种产品的生产，本单位做为国内应用较早的厂家，使用数控转塔冲床将近二十年，对此类设备的应用有着长期的技术积累和使用心得，如何优质高效的发挥设备能力并掌握加工技巧是每个操作人员必须长期面对的课题。本文针对数控转塔冲床在薄板加工中“微连接”功能的使用进行了阐述，并对生产过程中发现的问题和难点进行了分析，提出了更加优化的工艺方法并予以实施，达到了预期目的。

1 数控转塔冲床的加工形式以及“微连接”功能的应用方法

数控转塔冲床主要由数控系统、液压动力系统、伺服送料机构、模具转塔以及编程系统组成。生产过程主要是通过编程软件编制加工程序，由伺服送料机构将板材送至需要加工位置，同时通过转塔旋转选择相应模具，液压动力系统按程序进行冲压，自动完成工件加工。

在整个加工过程中，主要通过以下几个动作来完成工件加工：

（1）板材定位，通过气动夹钳和定位块（直线和点）将板材固定到机床上，伺服送料机构运送板材到加工位置，由于该机构是由气动夹钳夹持板材一边进行送料，由于板材另外三边没有约束，从结构上形成了悬臂结构 通有平台上的托举装置（滚珠和毛刷）进行托举，保证平整运送板材到加工位置;

（2）控制系统按程序指令在转塔（模具库）中选择模具的过程中，上下转塔同时转动，将所选用模具定位到加工位置即力冲头处，通过侧向定位销机械定位上下模具的相对位置;

（3）根据程序指令液压动力系统进行冲压动作，同时伺服系统带动板材进行轨迹移动，对板材进行连续轨迹加工，通过各种插补指令完成不同形状的零件加工;

（4）冲压加工完成后，板材通过伺服送料机构将加工好的板材运送到下料位置，松开夹钳，取下工件，完成加工。

本文介绍的“微连接”功能就是在零件冲压加工过程中，为了避免采用暂停加工指令以取走加工零件和余料，在编程时，在尖角或边上插入微连接，形成一定尺寸的连接点，保证工件成形后能够在板材上保持相对位置固定，待整体板材完成冲压后再次进行处理的一项实用功能。

一般情况下使用角微连接和单边微连接两种方式即可完成绝大部分加工需求，其尺寸需要根据实际加工板材尺寸和工件结构形式进行确定。

2 冲裁加工过程中微连接功能应用的难点和解决方法

2.1 冲裁加工过程中微连接功能应用的难点问题

根据长期的加工问题数据统计，数控转塔冲床在冲裁加工中的使用微连接功能时主要问题体现在以下三点：

（1）大尺寸板材通过排料来加工小尺寸零件时，需要通过冲裁整体加工出工件，在此情况下使用微连接功能会造成板材整体刚性随着材料的去除而变差，容易在加工进给过程中变形，从而影响后期的加工定位，造成工件尺寸精度降低甚至变形报废，属于加工难点之一。

（2）由于冲裁加工中的退模时冲模套靠弹簧的弹力机械复位，回弹时带动板材，如果微连接尺寸偏小，且冲裁模具使用顺序不合适，会造成微连接部分变形，与板材不在一个平面上，板材在后期的移動时会与机床的部分位置产生钩挂，轻则损伤零件，重则影响整批零件加工，甚至造成机床损伤， 这是加工难点之二。

（3）由于不同形状的孔需要不同尺寸模具进行加工，每种模具通过软件单独计算形成效率最高，行程最短，时间最少的加工路径;但多种模具路径组合时，软件并没有考虑加工顺序带来的风险，在效率优先的情况下，会在部分零件微连接加工完成后进行其余孔位的加工，工件运动和模具旋转都会产生定位和钩挂风险，这是加工难点之三。

2.2 原因分析

针对在数控转塔冲床在薄板加工中过程中发现的以上三点加工难点，其产生的原因是什么，下面简要对此进行分析。

由问题点内容可以看出，冲压加工过程中产生的几点加工难点都是通过运动过程中接触摩擦产生变形和钩挂所形成的，那首先我们分析在整个加工过程中，存在那些动作会产生相对运动，并在此过程中存在一定的接触摩擦：

（1）送料机构运送板材到加工位置，由于该机构是由气动夹钳夹持板材一边进行送料，由于板材另外三边没有约束，从结构上形成了悬臂结构，而薄板的刚性不足，虽然有平台上的托举装置进行托举，运动过程中仍然会在垂直方向产生一定幅度的振动;

（2）转塔选择模具的过程中，上下转塔同时转动，由于此时需要加工的板材已经运送到加工位置，与转塔形成接触，会产生相对摩擦;

（3）压力系统完成冲压后，由伺服系统带动板材进行轨迹移动，造成板材表面与模具边缘接触形成相对运动产生摩擦;同时退模时也会对工件产生摩擦，带动工件竖直位移;

综合以上分析可发现，冲裁过程中使用微连接功能所产生的难点都是由于相对运动中摩擦受力产生变形所形成的，要想解决加工难点则需要从减少工件与机床的摩擦和加工变形入手。

2.3 問题的解决

针对以上冲压加工过程中存在的三个难点问题和原因分析，本文提出相关的解决方案如下：

1）合理分布微连接点，通过合理布局微连接的数量和位置，增加刚性，减少变形，使工件在板材上以最稳定的状态存在，一般对于单个零件按以下原则进行微连接布局：

（1）保证在接近工件尖角部分使用微连接;

（2）长边多处分段使用微连接，连接点间距在150mm～200mm之间;

（3）对称的长边微连接进行不对称分布;

（4）微连接的宽带厚度比按0.3～0.45之间;

通过以上原则对零件进行微连接布局后及满足了加工时的强度和刚性要求，减小变形，也可避免在工件落料时由于微连接过厚产生困难而降低效率。

2）优化板材排料结构，控制板材尺寸，保证总体结构稳定（如图2）。在大料排料时，按以下原则安排尺寸和结构：

（1）考虑板材厚度，厚度越厚，本身质量越大，整体坯料尺寸相应要减小，在降低送料系统负荷的同时，降低板材在机床上的变形量;

（2）考虑零件结构和加工去除量，错位分布零件或多种工件综合排料;尽量保证坯料整体加工完成后质量分布均匀;

（3）尽量减少夹钳边和中心部分的落料面积，保证落料后整个坯料板材能够有足够的强度和刚性维持结构的稳定，保证在加工过程中变形量满足加工要求。

通过对坯料板材的整体规划，既有助于提高机床的加工速度，提高生产效率;同时也降低了工件加工前后的变形量，提高了产品的一次加工合格率，预防了质量损失。

3）人工优化数控加工程序，合理安排加工顺序，降低加工风险。因为数控编程软件在计算路径时单纯的考虑了加工效率，对其他的风险因素考虑不够，只能给出时间最短的加工路径，为了避免生产中实际存在的加工风险，我们需要对程序进行人工优化;

（1）首先考虑加工相对位置精度要去高的孔，最后冲裁工件外形，在板料整体强度和刚性最好时完成精度高的加工内容，保证工件有精度要求（下转第68页）（上接第39页）的相对尺寸满足图纸技术要求;

（2）进行工件外形冲裁，即大量使用微连接的加工时，单独安排冲裁路径，降低进给速度，保证工件运动路径与机床容易钩挂部分能够避开，减少运动过程中工件与机床的相互摩擦很振动，同时避免刚性下降后引起的加工精度降低，从而降低加工精度对整体工件的影响。

通过对薄板冲裁加工过程中工件结构、坯料板材尺寸和数控加工程序的分析和综合考虑，针对实际加工过程中使用微连接功能时存在的问题，立足现实，从现有加工条件和优化手段入手，统筹兼顾生产效率和产品质量，优化了加工工艺，有效地解决了问题，降低了加工风险，提升了加工效率和产品质量，满足了生产需求。

3 结束语

在装备的生产过程中，只有立足于自身的生产技术状态，根据实际情况和技术条件，采用有效合理的工艺方法，才能在保证产品质量的同时效率最大化，成本最小化，同时也需要加工人员对技术精益求精，通过不断地摸索，持续改进，才能将产品的生产工艺优化到最适合生产条件的状态，最终优质高效地生产出复合技术要求的高质量的产品，创造出最大的经济效益。

【参考文献】

[1]实用钣金技术手册编写组[S].实用钣金技术手册.2001.