汽车冲压模具智能化发展趋势

杨庆波，董向坤，陈雪元，刘 健，王腾飞，牟少志，周 育

（中国第一汽车股份有限公司-工程与生产物流部，吉林长春 130011）

1 引言

随着中国汽车工业的发展和中国制造2025的推进，国内少数部分汽车企业生产工厂由自动化向智能化工厂转变。冲压模具作为汽车制造过程中关键工装装备，对其提出了更高的要求。目前汽车冲压模具中已开始采用一些数智化的智能设备，如温度采集系统、废料下滑检测、模具电动平衡块、氮气缸无线检测等先进技术。

2 模具温度采集系统

冲压拉伸模具长时间运行，在拉伸过程中板料与模具发生相对运动产生热量，使模具表面温度升高，模具表面温度升高造成压料面及凸凹模间隙过小，板料在成形过程中阻力过大，造成制件在拉伸过程中出现开裂或缩颈等质量问题。

模具上加装模具温度采集系统，可以实现对模具表面温度的实施监控（见图1），总结生产过程中生产数量、冲程次数与模具表面温度的关系，对模具的间隙、压边圈压力进行最佳调整。

图1 模具表面温度采集

3 模具电动平衡块

冲压生产过程中，通过人工增减平衡块下方钢质垫片的数量及厚度，使压料面间隙合理及压料力更均匀，冲压生产更稳定，目前这种人工操作的传统方式（见图2）已不适应自动化、智能化工厂的发展要求。模具电动平衡块是一种利用电驱动进行调节的模具平衡块（见图3），代替目前人工增减平衡块垫片厚度的方式，实现模具平衡块的高精度微量调节。

图2 传统平衡块的操作方式

图3 电动平衡块内部结构图

模具电动平衡块包含控制系统（见图4）和机械结构两部分，其原理是（见图5）：输入调整指令，控制器/PLC控制伺服电机驱动机械结构部分，使机械结构内部组件进行扩张/收敛运动，实现模具电动平衡块高度的增加/减少。

图4 模具电动平衡块控制系统工作流程图

图5 模具电动平衡块工作过程图

实现功能：根据制件质量及其他因素（模具温度、板料性能、润滑以及收料线变化）对压料面间隙、压力实现实时调整，使间隙更合理，压力更均匀。实现压料面间隙的自动调节。

模具温度采集系统与模具电动平衡块结合使用，可以监控分析模具关键部位温度变化，通过模具电动平衡块自动补偿压料间隙，降低了生产废品。

4 模具氮气缸压力无线检测

现在冲压模具大量使用各种型号的氮气缸，氮气缸位于模具型腔内部，如不拆解模具无法完成氮气缸的点检工作，这样给模具维修点检工作带来一定难度，浪费大量工时，而且点检氮气缸无专用工具，只能目视点检，存在一定误差。

模具氮气缸压力无线检测（见图6、图7）是在氮气缸安装无线压料传感器，无线压力传感器将氮气缸的压力信号传输至现场的显示终端，显示终端显示所有气压表的压力值，符合标准显示绿色，高于标准显示黄色，低于标准显示红色，模具维修人员可以通过显示终端直接判定那些氮气缸压力存在问题，实现问题精准识别，快速维修。

图6 模具氮气缸压力无线检测原理图

图7 模具氮气缸压力无线检测简易连接图

5 模具废料检测装置

模具自动化线生产需要废料排料通畅，废料单片滑入废料收集线或掉入废料收集盒中。当发生废料排料卡料时（见图8），由于单台机床的模具废料清理工作，会导致整条生产线被迫中断，严重影响生产效率，废料排料不畅问题已成为影响模具自动化线生产效率的重要部分，甚至成为部分手工线生产转为自动化线生产时模具首要解决问题。如果清理不及时，部分废料可能堆积在刃口或者堵塞废料通道，而造成模具刀刃压坏或其他自动化设备零件损坏，导致生产、安全、质量等事故的发生。

图8 模具中废料排料卡料

模具废料检测装置（见图9）能够降低因废料未及时排出带来的制件质量、模具或自动化设备损坏等缺陷，进而降低因设备、模具损坏带来的停台问题。

图9 模具废料检测装置

6 模具到位检测传感器

模具活动机构是否归位，板料是否投放到位，可以通过在模具布置到位检测传感器，对模具冲压过程进行实施监控，避免因此造成的模具事故。

7 结束语

模具上加装模具温度采集系统，数据可上传至系统，实现模具状态实时监控；模具上加装模具电动平衡块，根据当前板料参数信息，实时调节平衡块高度，提高制件合格率；模具加装模具废料检测装置，可智能识别废料滑出状态，提供冲压生产的安全性；模具上加装氮气缸压力无线检测，可以实时观察压力的变化，实现了冲压模具的智能化维护，提高了模具维修效率。

将模具温度采集系统、模具电动平衡块、模具废料检测装置、氮气缸压力无线检测集成在一个系统中，称之为“模具智能控制系统”（见图10），这样可以实现冲压生产的智能化、数字化赋能。

图10 模具智能化控制系统