干涉曲线在自动化线模拟仿真中的应用

【编者按】冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。本文应用仿真软件自动化干涉曲线对冲压件进行分析及运动仿真。

本文应用仿真软件自动化干涉曲线对冲压件进行分析及运动仿真，通过冲压工艺分析完成了对冲压件和模具的优化，提高了自动化线的节拍，节省了模具调试时间。

目前，越来越多的汽车整车厂采用高速自动化冲压生产线体来满足快速生产制造的需求。如何提升冲压件生产节拍，是冲压工艺技术人员面临的首要难题。自动化生产线需要考虑冲压件搬运过程中端拾器、冲压件以及模具上下模四者之间的干涉问题。如何在产品设计、模具设计阶段就对这些干涉进行检查，提前识别缩短自动化线上模调试时间，是解决问题的关键。

冲压自动化过程介绍

高速自动化冲压生产线上，冲压件在压力机之间的搬运是靠固定在搬运装置末端（横杆）的端拾器来实现。垛料由叉车装载到拆垛小车上，对板料定位或托盘定位，拆垛机构通过拆垛装置从垛料上抓/吸取料片并把它输送到传送带上。通过传送带将板料经过清洗、涂油送到对中台。经过对中定位后，由上料装置取料将板料送入第一台压力机第一道工序模具中。冲压后工件通过固定在横杆末端的端拾器从第一台压机中取出并定位，放置于下一台压机的模具中。这一过程重复到最后一道工序。下料装置在最后一台压机完成冲压后取走工件放到传送带上，由人工检查和装箱。整个工艺流程如图1所示。

在高速自动化冲压线上，横杆和端拾器在搬运工件过程中必须按照设定的轨迹进行运动。在整个运动过程中，端拾器在进入、取件、放件和退出整个过程中，横杆和上模、端拾器和下模以及工件和下模容易发生干涉。通常是在模具初步设计完成后进行搬运过程确认，检查工件在运动过程中是否和模具发生干涉（见图2）。

自动化干涉曲线分析

目前，国内工厂只在模具厂完成模具设计后，应用干涉曲线对冲压件干涉情况进行检查。其监测流程为：打开模具，把运动曲线放到模具中的最低点，检查制件和模具的下模是否存在干涉，测量干涉量；闭合模具，把干涉曲线（假定制件在搬运过程中，上模处于静止，机械臂相对于上模的运动轨迹）导入到模具当中，检查模具上模是否和干涉曲线存在干涉，并测量干涉量。

静态检查存在一定的缺点：检测前需要将运动曲线插入到数模中，对数模的某一个点进行检查，不能实现全部检查；在静止的数模中检查运动的干涉情况需要有较高的空间想象能力和丰富的经验；静态检查以线代替了实体，检测结果不准确，会有部分干涉无法检查。

基于静态检查的缺点，通过在CATIA环境中对模具数模和干涉曲线进行处理，以模具运行一个周期为仿真周期时间，演示传输臂和制件进出模具整个过程，发现制件和周边环境的干涉，避免了静态检查下干涉检查不彻底，保证产品生产节拍。制件仿真流程如图3所示。

1.以制件取料点为原点，导入相应节拍的运动曲线

把压力机线体设备数据和自动化设备数据导入到仿真软件中，包含压力机工作台、压力机滑块、自动化设备中的传输臂以及端拾器，按照布局图对数模位置进行布局，用于模拟仿真；把各工序模具数模和制件数模导入到仿真软件中。

2.布置板料和模具相对位置

如果板料和下模制件有顶起装置，则将制件放在顶起装置上。

3.创建运动机构

包括模具和滑块的上下运动、自动化带端拾器的空间运动以及端拾器和制件的运动。

4.在仿真软件中进行仿真

打开检查干涉命令，进行仿真。仿真结束后点击回放，则动态显示制件的整个搬运过程。可以根据生产线体设备设定的安全距离对制件搬运的整个过程进行检查，检查是否发生干涉。

5.干涉确认

对发生干涉的部位进行确认并测量干涉量，指定解决方案主要以下3种：

（1）端拾器和上模发生干涉，则降低取件高度，或对上模干涉部位进行取消或修改。

（2）端拾器与下模干涉，通过调整端拾器吸盘的数量和位置可以避免干涉发生。

（3）板料和下模干涉，则需要在模具上增加顶起装置或对下模干涉部位进行修改，在产品可以修改时可以对产品拔模角度进行修改。

应用案例

以某车型门板为实例，对制件生产过程中第二序进行分析。该制件在采用单臂连续高速自动化冲压线体上生产，要求生产节拍达到12件/min（SMP）。

首先，将自动化设备数模和压力机滑块、压力机工作台数模导入到软件中，并将压力机滑块和干涉曲线进行固定联接，用于驱动压力机滑块上下运动；创建自动化设备端拾器沿着运动曲线运动，用来模拟端拾器运动的轨迹；将模具导入到软件中，分别将上模和压力机滑块进行固联，下模和工作台进行固联；导入制件，将制件和端拾器进行固联，使制件沿着端拾器运动的轨迹进行运动。

设置好运动机构后，通过运动副对仿真过程进行模拟，通过目视和测量两种方法来检测端拾器带制件在运动过程中与模具以及端拾器运动的过程中与模具制件的安全距离。

通过检查发现，制件在搬运过程中和下模安全距离小于设备要求的安全距离30mm（一般下模安全距离为30mm，上模和端拾器安全距离D=5×SMP数值），存在制件搬运的风险，通过加大端拾器提升高度，增大制件和下模制件的安全距离。

结语

在计算机中对连续线干涉曲线进行动态模拟，能够在模具设计阶段对制件搬运进行确认，提升产品节拍，具有以下意义：利用仿真技术，可以在短时间内完成零件搬运过程的动态确认，检查搬运过程中的干涉现象，并消除干涉；在满足成形性条件下，通过对不同的冲压方向下的干涉曲线模拟，综合考虑，找出最优方案，提升生产节拍；缩短模具调试阶段模具调试时间，避免了在模具制造完成后因模具返修造成模具强度不足问题的发生；在前期对可能产生干涉的部位进行优化，消除模具设计阶段零件搬运过程中的干涉现象。

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