趙曉柏，馬金勝，孫繼軍

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

1 引言

中國的汽車市場巨大，對鋼材的使用量很大，隨著國家對廢棄物再利用要求的提高，以及汽車公司對自身經(jīng)濟利益的追求，逐步推動汽車企業(yè)持續(xù)改善沖壓件生產(chǎn)過程，實現(xiàn)沖壓廢料再利用，保證效益最大化。沖壓件廢料多為較大料片的平板廢料或近似平板廢料，存在巨大的再利用價值，可收集后制造其他小型沖壓件，但目前的工藝方案多為分序切碎，然后進行廢料打包處理，無法有效利用其剩余價值，造成原材料的材料利用率低，導(dǎo)致經(jīng)濟效益差。

以天窗版頂蓋外板（以下簡稱頂蓋外板）制件為例進行說明，在沖壓生產(chǎn)過程中，制件天窗口廢料尺寸一般在1.3×0.8m 左右，尺寸較大且形狀基本為平面，可以二次利用，但受限于廢料收集及空工位支架無法通用等問題，導(dǎo)致天窗口廢料無法二次利用，僅能切碎處理，造成材料利用率低，經(jīng)濟效益降低。

本文旨在設(shè)計開發(fā)一種通用型組合式工裝，應(yīng)用于自動化沖壓生產(chǎn)線，實現(xiàn)沖壓件生產(chǎn)和廢料收集同步進行。通過設(shè)計一種組合式空工位及多用途收集工裝筐，進而達到同步生產(chǎn)制件和收集廢料的目的，提高板料的材料利用率及經(jīng)濟效益。

2 沖壓及廢料同步收集生產(chǎn)的工藝方案

2.1 4工序沖壓線的同步生產(chǎn)方案

（1）方案1：由于天窗口廢料或其他制件的廢料一般在第二工序壓力機上切斷，故將設(shè)計的天窗口廢料收集筐單獨放置在第二工序和第三工序壓力機之間地面，在地面上添加方形定位鍵，實現(xiàn)收集筐的精準(zhǔn)定位，用于機器人或機械臂等精準(zhǔn)投料，適應(yīng)自動化生產(chǎn)。

在沖壓線天窗頂蓋生產(chǎn)程序配方中添加天窗口廢料抓取和釋放程序。由機器人或機械臂從第二工序壓力機上抓取制件時把天窗口廢料同步抓取，向第三工序壓力機行走過程中分兩次釋放，首次將天窗口廢料釋放，然后繼續(xù)向后傳遞制件到第三工序壓力機。

由于收集筐內(nèi)設(shè)計有滑動定位桿，用于導(dǎo)向和精準(zhǔn)定位作用，可使天窗口廢料精準(zhǔn)落入收集筐內(nèi)并整齊碼垛。此設(shè)計方案可適用于4工序沖壓線的頂蓋制件和天窗口廢料及其他上述所舉的沖壓制件的同步收集生產(chǎn)。由于已添加入生產(chǎn)程序的配方中，如在一條線體上有不同大小的制件，在以后的生產(chǎn)中，只需調(diào)取配方程序，即可實現(xiàn)同步生產(chǎn)，機器人或機械手的吸盤自動實現(xiàn)一次抓取，兩次分別釋放廢料和制件，無需再調(diào)試，也做到了基本不影響生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)。如圖1所示。

圖1 4工序沖壓線同步生產(chǎn)示意圖

（2）方案2：由于制件的廢料一般在第二工序壓力機上切斷，故將設(shè)計的天窗口廢料收集筐單獨放置在第三工序或第四工序下模結(jié)構(gòu)內(nèi)，用于機器人或機械臂等精準(zhǔn)投料，適應(yīng)自動化生產(chǎn)。

2.2 5工序沖壓線的同步生產(chǎn)方案

由于天窗頂蓋等相關(guān)制件一般只需4工序既可完成，為降低成本同時為兼容不同大小的制件，5 工序沖壓線上需設(shè)計一種通用的空工位。此空工位也可實現(xiàn)制件和廢料的同時放置，并能夠在壓力機上精準(zhǔn)定位。此空工位中放置的收集筐與4工序沖壓線的收集筐完全一致，實現(xiàn)通用化。

在沖壓線生產(chǎn)程序的配方中添加第五工序壓力機釋放制件時同時釋放天窗口廢料的程序，此方案為機器人或機械手的吸盤同時釋放制件和廢料。此空工位分為上下兩層，上層放置制件，下層的收集筐放置廢料。上層的制件可實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，然后由出料機器人或機械臂將制件傳遞出線體，生產(chǎn)完成。此設(shè)計方案可適用于5工序沖壓線的頂蓋制件和天窗口廢料等相關(guān)制件的同步收集生產(chǎn)。由于已添加入生產(chǎn)程序的配方中，如在一條線體上有不同大小的制件，在以后的生產(chǎn)中，只需調(diào)取不同的程序，即可實現(xiàn)機器人或機械手自動實現(xiàn)一次抓取，同時釋放廢料和制件的同步生產(chǎn)，無需再調(diào)試，也做到了不影響生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)連續(xù)自動化高速生產(chǎn)。如圖2所示。

圖2 5工序沖壓線同步生產(chǎn)示意圖

由于設(shè)計的此空工位分為上下兩層組合而成，實現(xiàn)制件和廢料收集的同步生產(chǎn)，不存在干涉生產(chǎn)問題。同時由于放置制件的空工位上層為滑動承料板，可內(nèi)外滑動定位，實現(xiàn)不同規(guī)格的天窗頂蓋等上述說明的相關(guān)制件的放置生產(chǎn)，實現(xiàn)通用化。并設(shè)計有定位鍵槽，實現(xiàn)與第五工序壓力機工作臺的精準(zhǔn)定位。

3 通用型組合式工裝的設(shè)計方案

為實現(xiàn)沖壓自動化線上天窗頂蓋等上述相關(guān)制件和天窗口廢料等有二次利用價值廢料的同步收集生產(chǎn)的需求，除設(shè)計了上述柔性生產(chǎn)設(shè)計方案，也設(shè)計開發(fā)了一種組合式空工位工裝，生產(chǎn)前，組合式空工位工裝通過起重機放置在生產(chǎn)線工作臺上。生產(chǎn)完成后，通過起重機將組合式空工位工裝卸下，通過摞放定位放置在存放區(qū)。在自動化生產(chǎn)過程中，空工位上層滑動承料板存放制件，廢料通過滑動定位桿或插入式定位桿導(dǎo)向，利用廢料自身重力下滑至廢料筐，實現(xiàn)制件與廢料同步生產(chǎn)及收集?，F(xiàn)對此組合式空工位技術(shù)方案說明如下：此空工位工裝分為上下兩層，主要由6個部件組成，分別是空工位主體、滑軌、滑動承料板、收集筐、滑動定位桿、限位銷組成。如圖3所示。

圖3 組合式空工位整體圖

3.1 空工位主體

空工位主體（見圖4）用于與壓力機工作臺上定位鍵實現(xiàn)精準(zhǔn)定位及承載制件和放置收集筐等功能?？蓛?nèi)外推動滑動承料板，調(diào)整之間的距離，并采用限位銷固定，實現(xiàn)不同大小的制件通用化，可在對應(yīng)限位銷孔位置標(biāo)注車型或制件名稱，實現(xiàn)生產(chǎn)防錯。包括橫梁等組成的空工位骨架結(jié)構(gòu)、與壓力機工作臺精準(zhǔn)定位用的定位鍵槽加強板、滑動承料板用的滑軌及滑軌槽、收集筐定位用的方形定位鍵、空工位起吊用的吊鉤、吊耳等部件組成。

圖4 空工位主體

3.2 滑動承料板

滑動承料板：安裝在空工位工裝頂部，用于生產(chǎn)時承載制件，并可以內(nèi)外滑動，實現(xiàn)空工位工裝的通用化，用于不同尺寸制件生產(chǎn)。

空工位上層用于放置沖壓成型的制件，主要包括滑軌、滑動承料板（見圖5）、限位銷等部件，左右各有一套，用于天窗頂蓋等上述制件左右搭接放置時使用。可內(nèi)外推動滑動承料板，調(diào)整之間的距離，并采用限位銷固定，實現(xiàn)不同大小的制件通用化，可在對應(yīng)限位銷孔位置標(biāo)注車型或制件名稱，實現(xiàn)防錯。

圖5 滑動承料板圖紙

滑動承料板作為制件的放置平臺，此滑動承料板可內(nèi)外滑動，實現(xiàn)對不同尺寸的制件的放置及定位用，制件放置面鋪設(shè)有聚氨酯板，可防止機器人或機械手釋放制件時，制件滑動的問題，適用自動化生產(chǎn)。主要由骨架、上下兩面鋼板、制件放置聚氨酯板及生產(chǎn)不同規(guī)格制件時，對滑動承料板限位用的限位銷等組成。

3.3 收集筐

空工位下層在偏向中間位置設(shè)計一個收集筐存放位，由方形定位鍵實現(xiàn)收集筐在空工位主體上的精準(zhǔn)定位，同時此收集筐也可摞放，作為工裝筐堆垛適用。廢料收集筐主要包括橫梁、支撐等組成的收集筐骨架結(jié)構(gòu)、廢料內(nèi)外部定位用的插入式定位桿和滑動定位桿、叉車插取用的限位、起吊用的吊鉤、與方形定位鍵配合定位的腳碗、收集筐摞放用的方形定位鍵等組成。如圖6所示。

圖6 廢料收集筐

收集筐內(nèi)設(shè)計有插入式定位桿和滑動定位桿，可實現(xiàn)前后左右方向的移動調(diào)整。在廢料收集時，可根據(jù)廢料的大小，調(diào)整相應(yīng)定位桿位置，進行精準(zhǔn)定位。此定位桿既可與天窗口廢料中工藝孔配合實現(xiàn)定位；也可以用于其他制件的廢料外部邊緣做限位，實現(xiàn)定位；也可以內(nèi)部工藝孔、外部邊緣做限位同時實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。實現(xiàn)了廢料定位的高柔性及通用性，最大限度使廢料碼垛整齊。

在收集筐收集完成后，用于滑動定位桿固定用的支撐板與底部框架之間設(shè)計為叉車叉取的空間，實現(xiàn)叉車或起重機整齊的將整垛的廢料取走。從而進行下一批次的同步生產(chǎn)過程。

3.4 收集筐用腳碗和方形定位鍵

腳碗：與方形定位鍵配合，用于廢料用收集筐的精準(zhǔn)定位，用于沖壓自動化生產(chǎn)。

收集筐用腳碗和方形定位鍵的部件如圖7 所示，相互配合使用，用于實現(xiàn)收集筐在組合式空工位上及單獨使用收集筐生產(chǎn)及收集筐作為工裝筐在庫房堆垛時定位使用。

圖7 收集筐用腳碗及方形定位鍵

4 應(yīng)用案例

以天窗版頂蓋外板制件為例進行說明。（1）廢料無收集時，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

由于天窗頂蓋外板，天窗處的廢料現(xiàn)有沖壓自動化生產(chǎn)中，廢料采用切碎成小的廢料方式，按碎廢料處理，無法有效利用，如圖8所示。

圖8 廢料無收集時的模具結(jié)構(gòu)

（2）廢料收集時，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

開發(fā)設(shè)計一種沖壓線上制件和廢料收集同步生產(chǎn)方法及設(shè)計一種通用型組合式空工位，實現(xiàn)制件在沖壓生產(chǎn)時，同步生產(chǎn)制件和收集有二次利用價值的廢料；以及能夠兼容各種樣式的沖壓線體、適用不同的生產(chǎn)方式、不同大小的制件生產(chǎn)及不影響正常制件的生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)制件生產(chǎn)方案的柔性化及工裝通用化，如圖9所示。

圖9 廢料有收集時的模具結(jié)構(gòu)

制件和廢料收集同步生產(chǎn)方案：此同步生產(chǎn)技術(shù)方案配合組合式空工位或收集筐單獨使用，可兼容各種樣式的沖壓線體、適用4 工序或5 工序沖壓線不同的生產(chǎn)方式、不同大小的制件生產(chǎn)及盡可能不影響正常制件的生產(chǎn)節(jié)拍問題?？蓪崿F(xiàn)生產(chǎn)方案的柔性化。

組合式空工位：此空工位創(chuàng)造性的分為上下兩層結(jié)構(gòu)，上層放置制件、下層收集廢料，同時上層的滑動承料板可內(nèi)外滑動，實現(xiàn)不同規(guī)格的制件的兼容生產(chǎn)，更通用化。廢料收集筐更可實現(xiàn)最大1,450×1,250mm廢料的收集，基本上可兼容目前市面上有二次利用價值廢料的大多數(shù)尺寸。同時，此空工位可拆分，空工位和收集筐單獨使用，空工位也可用于其他制件的放置生產(chǎn)使用，在不同線體上同時使用，工裝實現(xiàn)了通用化，多功能化。

5 總結(jié)

此沖壓線上制件和廢料收集同步生產(chǎn)方法及組合式空工位方案，通過設(shè)計了一種用于同步生產(chǎn)制件和收集有二次利用價值的廢料的生產(chǎn)方法和設(shè)計了一種組合式空工位及多用途收集筐，實現(xiàn)了在沖壓自動化線生產(chǎn)中，同步生產(chǎn)制件和收集廢料的目的，提高了板料的材料利用率及經(jīng)濟效益，在大批量車型生產(chǎn)中，將帶來顯著的經(jīng)濟效益。

在沖壓自動化線上如要實現(xiàn)沖壓制件和二次利用價值的廢料收集同步生產(chǎn)的方案及工裝多功能、通用化，都需使用此類似技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)可有小范圍不同。