文／唐士東，趙有玲，劉龍傳，姜長(zhǎng)富·一汽-大眾汽車有限公司成都分公司

模具(圖1）是汽車生產(chǎn)中的重要一環(huán)，好的汽車從沖壓開(kāi)始，好的沖壓從模具開(kāi)始，模具狀態(tài)的穩(wěn)定將直接決定板材的成形質(zhì)量。傳統(tǒng)模具中，很少有檢測(cè)手段來(lái)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中模具內(nèi)部的狀態(tài)，只能通過(guò)設(shè)備沖壓后，檢測(cè)板材的質(zhì)量來(lái)確認(rèn)零件的質(zhì)量，有些質(zhì)量缺陷可以提前檢出，然而一些比較隱蔽的質(zhì)量缺陷無(wú)法檢出，導(dǎo)致缺陷零件流轉(zhuǎn)到下一工序，在后續(xù)生產(chǎn)中出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，根據(jù)這一問(wèn)題，嘗試將智能傳感器應(yīng)用在模具上，多維度采集和分析成形中的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果提前預(yù)判零件可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并通過(guò)設(shè)備的聯(lián)鎖，讓設(shè)備自動(dòng)作出相應(yīng)的調(diào)整，保證成形質(zhì)量的穩(wěn)定。

檢測(cè)技術(shù)方案

增加溫度檢測(cè)以及壓力檢測(cè)

仰韶文化彩陶

圖1 傳統(tǒng)模具的結(jié)構(gòu)

某廠沖壓車間的拉延模具，在成形過(guò)程中需要使用延時(shí)氮?dú)飧祝ㄟ^(guò)延時(shí)氮?dú)飧椎难訒r(shí)動(dòng)作，避免內(nèi)壓料板與成形后工序件的碰撞，從而保證零件的質(zhì)量。延時(shí)氮?dú)飧椎慕Y(jié)構(gòu)如圖2 所示，其工作原理如圖3 所示。

圖2 延時(shí)氮?dú)飧捉Y(jié)構(gòu)

圖3 延時(shí)氮?dú)飧椎淖饔迷?/p>

該件生產(chǎn)沖程次數(shù)達(dá)到8.5 次/分鐘，批次生產(chǎn)計(jì)劃超過(guò)3000 件，延時(shí)氮?dú)飧自陬l繁的運(yùn)行中溫度會(huì)逐漸升高，當(dāng)溫度過(guò)高后會(huì)導(dǎo)致氮?dú)飧變?nèi)氣體的膨脹系數(shù)升高，損壞內(nèi)部的密封元件，影響氮?dú)飧椎拿芊庑院玩i緊功能，從而使制件產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。以往的生產(chǎn)模式中，我們無(wú)從掌握延時(shí)氮?dú)飧椎臏囟葼顟B(tài)、氣壓狀態(tài)，只能通過(guò)成形后的零件進(jìn)行判斷。為了讓隱蔽的質(zhì)量缺陷提前暴露出來(lái)，我們檢查并測(cè)量了模具的空間位置，據(jù)此選擇智能傳感器的型號(hào)，在延時(shí)氮?dú)飧椎暮诵膮^(qū)域，增加溫度檢測(cè)的傳感器和氮?dú)鈮毫z測(cè)傳感器，如圖4、圖5 所示。

傳感器實(shí)時(shí)反饋延時(shí)氮?dú)飧椎臏囟群偷獨(dú)飧讐嚎s后的壓力，根據(jù)這些成形數(shù)據(jù)進(jìn)行多批次的生產(chǎn)驗(yàn)證，從而找到穩(wěn)定生產(chǎn)的閾值。在成形過(guò)程中，延時(shí)氮?dú)飧變?nèi)的溫度不能超過(guò)80℃，氮?dú)飧渍９ぷ鲏毫Ψ秶鸀?0 ～40Bar，一旦這兩個(gè)數(shù)據(jù)有任何一個(gè)超差，都將在設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行提示或停機(jī)，提醒技術(shù)人員當(dāng)前模具處于非穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行人為干預(yù)。通過(guò)這樣的方式，用智能傳感器監(jiān)控模具的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，并利用數(shù)據(jù)和零件質(zhì)量的相對(duì)關(guān)系，找到模具穩(wěn)定生產(chǎn)的最佳狀態(tài)，保證零件的高質(zhì)量生產(chǎn)。

圖4 延時(shí)氮?dú)飧诇囟葌鞲衅?/p>

圖5 氮?dú)鈮毫z測(cè)傳感器

增加模具凸模表面溫度檢測(cè)

某套模具在多次的批量生產(chǎn)中暴露出對(duì)溫度的敏感性，整個(gè)成形過(guò)程需要在恒定溫度下才能保證零件質(zhì)量趨于穩(wěn)定，一旦溫度過(guò)低或者過(guò)高，都將導(dǎo)致零件出現(xiàn)不同程度的缺陷，且只能通過(guò)調(diào)整設(shè)備下氣墊擠壓力來(lái)保證零件質(zhì)量。當(dāng)溫度再次變化后，還需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整擠壓力的數(shù)據(jù)，每批次生產(chǎn)中往往需要多次修正擠壓力，而且數(shù)據(jù)的修正沒(méi)有依據(jù)可言，僅憑模修工的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，一旦陪產(chǎn)的模修工換人，批次生產(chǎn)停臺(tái)次數(shù)和廢品率都會(huì)有所上升。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，在模具空間上布置一個(gè)非接觸式的溫度檢測(cè)傳感器，如圖6 所示。

通過(guò)非接觸的方式，在成形過(guò)程中不斷檢測(cè)模具表面的溫度，結(jié)合采集到的溫度數(shù)據(jù)和零件質(zhì)量狀況，逐漸總結(jié)出擠壓力數(shù)據(jù)調(diào)整的規(guī)律，準(zhǔn)確把握整個(gè)成形狀況，從而有效調(diào)整擠壓力。

圖6 模具空間布置非接觸式溫度檢測(cè)傳感器

數(shù)據(jù)讀取技術(shù)方案

我們所使用的傳感器，均為西門(mén)子S7-400 控制系統(tǒng)可識(shí)別的4 ～20mA 量程的智能硬件，通過(guò)ET200S 從站模塊，經(jīng)過(guò)PROFIBUS 總線，將采集到的

狀態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給邏輯控制CPU，在CPU 內(nèi)利用LAD/STL 等編程語(yǔ)言，編寫(xiě)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部狀態(tài)變化的控制。圖7 展示了如何通過(guò)西門(mén)子控制系統(tǒng)采集外部傳感器信號(hào)狀態(tài)。

圖7 壓力和溫度狀態(tài)量的采集方式

Step-7 程序中，利用FC635 功能塊，將傳感器輸入映像區(qū)的當(dāng)量值計(jì)算后，轉(zhuǎn)化為實(shí)際的溫度值，在區(qū)域圖中①處輸入模擬量采集的最大當(dāng)量值，②處輸入傳感器可采集的最小值，③處輸入傳感器可采集的最大值，④處輸入傳感器在程序中的映像區(qū)地址。輸出區(qū)域⑤是經(jīng)過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換后的實(shí)際溫度值，⑥處是當(dāng)采集狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)的標(biāo)記位，經(jīng)過(guò)此功能塊的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換(圖8），就可以得到實(shí)時(shí)的溫度數(shù)值。

圖8 程序塊中模擬量的計(jì)算轉(zhuǎn)換

利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析

通過(guò)不斷地布置智能傳感器，可以采集的模具狀態(tài)參數(shù)值也逐漸增多，對(duì)數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行篩選（僅留關(guān)鍵信息，排除冗余數(shù)據(jù)），將會(huì)得到大量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)和數(shù)據(jù)的相關(guān)性，利用軟件平臺(tái)進(jìn)行整合和分析，如圖9 所示。

充分利用平臺(tái)的分析能力，獲得以下優(yōu)勢(shì)：

⑴生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)全記錄。過(guò)程數(shù)據(jù)將全部記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，一旦某批次出現(xiàn)了質(zhì)量缺陷，將靈活地調(diào)取當(dāng)批次生產(chǎn)的模具狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的再次分析，將不斷完善監(jiān)控系統(tǒng)的模型，提升預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

⑵多維度綜合分析。分析平臺(tái)可以整合所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，找到數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并建立邏輯模型，當(dāng)內(nèi)部的個(gè)別因素產(chǎn)生變化，系統(tǒng)將自動(dòng)作出調(diào)整，以保證零件成形的穩(wěn)定。

圖9 智能模具狀態(tài)采集分析系統(tǒng)

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)智能傳感器在模具上的應(yīng)用，可以更好地掌握模具的生產(chǎn)狀態(tài)，對(duì)比傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，智能制造讓我們獲得大量的數(shù)據(jù)和邏輯關(guān)系，不再是單一的最終結(jié)果，而是可以在過(guò)程中更精準(zhǔn)地把握和干預(yù)，以得到穩(wěn)定的生產(chǎn)質(zhì)量。隨著智能傳感器的不斷布置，數(shù)據(jù)的不斷累積，判定邏輯的不斷完善，零件生產(chǎn)質(zhì)量的可控性和穩(wěn)定性將大幅度提高。