不锈钢侧板全伺服成型生产线中冲切机构设计研究

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目前，普通家用冰箱需求接近饱和，而大容量冰箱行业在国内市场刚刚兴起，前景巨大。大容量冰箱的侧板不仅尺寸较大.而且在材质上以不锈钢板材取代了传统的冷轧钢板或预涂钢板.由于不锈钢本身的抗拉强度 、屈服强度太高 ，硬度偏高且延伸率较低等特有 的材料性能。而且不锈钢在拉伸时易 出现时效割裂现象 ，此外不锈钢在加工过程中的外观保护要求严格 ，这些 因素给使用及生产带来不便。而不锈钢板材的自动化成型线在国内起步较 晚.所以仍有-些技术难题需要攻关 。

不锈钢侧板全伺服成型生产线是安徽十力特家电成套装备有限公司研发的生产大容量冰箱侧板的专用设备 ，由上 料机构 、冲切机构 、180。翻转机构 、辊轧机修稿 日期 ：2013-03-17基 金项 目：2012年度安徽 高校 识 自然科 学研究项 目立项课题(不锈钢侧板全伺服成型生产线中冲切机构的研究KJ2012Z301)作者简介：张信群(1970-)，男，安徽滁州人 ，教授。研究方向：模具设计与制造。

构、侧折弯机构、切断端折弯机构、两端包角中部折弯机构等部分组成。本文主要研究该生产线的重要组成部分--冲切机构的开发和设计。

1 冲切机构的组成和结构特点1.1 冲切机构的组成不锈钢侧板全伺服成型生产线中冲切机构的作用是将 由上料机构输送过来的板材进行-次性 冲切 .完成孔位和缺 口的成型加工 ，为后续的折弯工序准备坯料 。冲切工序完成的板料如图 1所示。

冲切机构 主要 由液压系统 、底座 、C型冲切模架 、皮带输送装置、定位装置 、废料 收集装置等部分组成。

如图 2所示图 1 冲切板料圈Fig.1 Drawing of punching panel· 产品与市场 ·1.液压缸 2.冲切 模具 3.废料输送皮带 4.模 台 5.长度调整丝杠6.长度调整电机 7.固定座 8.型材连接键 9.移 动座 1O.型材11.宽度调 节机构 12.宽度调整丝杠 13.模 架滑块 14.模 架图 2 冲切机构图Fig.2 Drawing of punching machine1.2 冲切机构的结构特点(1)冲切模具安装在冲切模架上 ，冲切模具采用独立结构，便于快速换模。

(2)冲切模架按用户产品的需要设置若 干个。为保证冲切机构对产品尺寸的适应性，冲切模架之间的间距通过伺服电机带动滚珠丝杆进行 自动调整 ，实现产 品换型时冲切模架能够快速调整定位。

(3)中部冲切模架上单独设置废料收集斗用于收集冲切废料 ，其余冲切模具产生的废料采用废料皮带输送进行集 中收集 。

(4)左右侧板采用两前定位方式，便于生产连体侧板和左右单侧板。

(5)板料输送采用同步带，顶升输送，保证产品输送稳定可靠；皮带运动采用电动机驱动，电动机采用变频调速控制 。转速可根据实际生产情况进行调整 。变频调速控制还可实现板料定位前的减速和停止 ，使板料定位准确。

(6)板料在冲切模架上定位通过气缸驱动实现，定位系统分为前 定位及侧定位。前定位板上有前定位气缸 ；模架上有侧定位气缸 ，实现-侧 固定 。另-侧定位可在宽度方向上调整，以适应不同宽度产品的生产。

2 冲切机构设计中的改进与创新2.1 传统冲切机构的缺陷目前国内生产冰箱侧板的厂家有-些，但是传统生产线中的冲切机构存在着-些不足与缺陷。

(1)由于冰箱侧板是-系列产品，企业在生产侧板过程 中，需要经常更换侧板产 品规 格。随着产 品规格不同 ，侧板 的长度 和宽度尺寸也不相同，所以冲压模架的位置也必须做相应的调整。而目前国内同类产品传统的生产线中冲压模架的位置调整方式完全依靠人工.对操作工 的技术熟练程度有很高要求 ，在每次生产 的侧板产品更换时 .调整冲压模架在长度和宽度方 向的相对位置都需要至少3～4个小时，不仅费时费力，而且不易保证相对位置精度。

(2)同类产品传统的生产线中板料的前定位和侧定位是先后 进行 的 ，板料 在输送 的过程 中，前定位气缸顶起，板料触到前定位装置之后，侧定位气缸才推出，对板料进行侧定位。两者有-个时间差。

(3)由于本条生产线产品的材质是不锈钢，需要的冲切力较大 。因此采用液压缸驱动冲切模具完成加工 ；同时每块板料需要冲切 的位置有若干个 (随着产品规格变化而不同 )，所 以冲切机构采用多个液压缸驱动 ，并且液压缸 内径较大 。由于冲切过程是瞬 时完成 的 ，-般- 个生产 节拍 的过程 中只需要 液压缸动 作 3～4秒钟 ，这就需要液压泵在液压缸动作 的时候-次性能够 提供很大的液压流量，以迅速提高压力。但是在研发过程中发现传统的液压泵不能够满足要求 ，主要存在以下不足：①液压泵始终以-个速度运转，生产过程中不能停机，这样长期运转，耗费大量电能 ；②在液压缸动作的时候-次性需要液压流量大 ，但是液压泵 始终匀速运转 ，不能实现短时间 的增流升压 ，无法 给液压缸提供大流量大压力的动力；③液压泵长期运转会导致油温升高 ，影响液压管路 ，严重 时造成 管路 、密封圈等损坏 。

2.2 本套生产线中冲切机构的创新点(1)在冲压模架的位置调整方式上实现伺服控制。为了提高冲压模架的位置精度和缩短调整时间，本冲切机构摒弃了人工调整方式.冲压模架在长度、宽度方向上调整全部采用伺服电机带动滚珠丝杠控制，调整精度达到 O.01mm∝ 制方式采 用上位机储 存数据 ，利用PROFIBUS现场总线通过主站控制各个子站 ，每个子站带动若干伺服电机 ，实现-键式调整 ，每次产 品更换时调整模架位置只需 30s。冲切机构电气配置如图3所示。

这样不仅保证 了调整精度 ，普通操作工人均可 以完成 ，而且大大提高了生产效率。

本冲切机构设计中改变了侧定位方式 .采用滚筒式侧定位。在板料输送的过程中侧定位气缸就可以推出，实现侧定位 和前定位同时完成 ，节省 了 2～3s。如图 4所示。

虽然-次冲切加工在定位上节省的时间微不足道 ，但是由于冰箱侧板-般是大批量生产，这样累积起来提高的效率相当可观。

(3)采用变频液压技术实现液压缸快速增流升压。针对传统液压泵存在的不足，冲切机构的创新之处在于采用了变频液压技术，控制液压泵的转速可调。在非加工55· 产品与市场 ·M PIlk W 嚣 I，S kW图3 冲切机构电气配置 图Fig.3 Electrical configuration drawing of punching machine情况 下液压泵 只作 无负载低速运 转 .在 冲切 加工 的几秒钟 之 内.液压 泵瞬时加速 .输 出大流量液压油 ，驱 动液压缸迅速 升压 .达到冲切力的需要 。侧定位气 缸 示 意 图如 图 4所示 。

变 频液压技术 的采用 ，还节约 了电能 。延 缓 了液 压管路的老化。

1.侧 定位轴 2.侧 定位轮3.侧 定位气缸图4 侧定位气缸示意图Fig.4 Signal drawing of aircylinder for side positioning3 结束语线 1 不锈钢侧板 全伺服自动成型生产线 中的冲切机构实现 了不锈钢板材的快速 冲切 .降低 了能耗 ；采用伺服控制实现 了只需-键调整模架位置 以适应不 同规格产品，大大节省了更换产品的时间 ，也提 高了产品的精度和稳定性 ：电气 控 制 采 用 了新 型 的主、子站控制方 式 。维护方便 、快捷 ，检查-目了然 。冲切机构的成功研制 ，也提高了整套生产线的品质。

本套生产线已交付用户使用 ，经过实践检验 ，用户反映 良好 。该生产线 中冲切机构的设计创新 ，在同类产品的开发和研究方面具有较高的应用价值 。