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成組技術在多工位級進模中的應用
摘要：本文詳細分析了金屬開關底盒底板的生產工藝，對使用多工位級進模進行沖壓生產進行充分的分析比較，結合成組技術提出在系列有相同特征的產品(GT4系列開關底盒底板)之多工位級進模中運用可換子模技術，實現一模多產品，有效地提高了生產效率，降低模具制造成本，解決中小批量機械產品生產效率低、成本高的問題。
關鍵詞：多工位級進模;可換子模;一模多產品;成組技術
1.成組技術的原理
成組技術(Group Technology，簡稱GT)是按照事物的相近性，將許多不同但具有相近的事物依照一定的準則分類成組，使類似的事物能夠采取相同的解決辦法，以達到節省時間、精力和費用的目的。成組技術的核心是成組工藝，它是把結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族(組)，按零件族制定工藝進行加工，從而擴大了批量、減少了品種、便于采用高效方法、提高了勞動生產率。
2.成組技術在多工位級進模中的應用
按照普遍的做法，沖壓件的生產是根據零件設計專用模具。專用模具雖然可以滿足不同零件的要求， 但需一模一產品，其生產準備周期長、模具成本高， 當生產批量不大時，將導致沖壓產品成本上升。針對上述問題，采用成組技術的基本原理對沖壓工序和模具結構進行設計：①對具備相似性的一個系列零件產品進行合理的沖壓工序安排，將相同結構特征的沖壓工序排布公共區域，將特有的結構特征排布在特定區域;②根據沖壓工序安排，將級進模具按工序相同和不同分模塊設計，將各模塊設計成獨立的子模，則模具具備了更不同換子模即可生產不同產品的能力。
3.開關底盒底板零件的分析及排樣設計
3.1 零件分析
GT4系列開關底盒底板的材料為1.59鋅板，強度極限=130 (MPa)，延伸率大于40%，料厚t=1.59mm，每個型號5萬件，共20萬件。
圖2-1 GT4-50/75-1底板 圖2-2 GT4-50/75-FB-1底板
GT4系列開關底盒底板的沖壓工序分為打字碼、拉包、沖導正孔、沖特征孔、壓回、切邊、切舌、壓凸點、壓彎邊、切斷等10類共16個工序。根據該零件沖壓工序多、壓力方向容易控制等特點，選擇使用多工位級進模生產更易滿足生產需求。
圖2-3 GT4-MKO-1底板圖2-4 GT4-MKO-FB-1底板
3.2 排樣設計
零件有毛刺要求，應向下彎曲成型，這樣使彎曲線與板料纖維方向垂直，避免彎曲裂紋，根據其結構及工序過程的相似性分類成組，其排樣分別為：
①GT4-50/75-1底板排樣
②GT4-50/75-FB-1底板排樣
③GT4-MKO-1底板排樣
④GT4-MKO-FB-1底板排樣
4.擬訂沖壓工藝方案
GT4系列開關底盒底板零件沖壓工序安排如下。
GT4-50/75-1沖壓工序：(1)打字碼;(2)第一次拉包;(3)第二次拉包、沖孔;(4)打字碼2、3、沖6×□4.2導正孔;(5)導正、沖50孔、沖壓包孔;(6)導正、沖75孔;(7)導正、沖75孔;(8)導正、壓回;(9)導正、空步;(10)導正、切邊、沖5×□6導正孔;(11)導正、空步;(12)導正、切舌(13)導正、壓凸點;(14)導正、壓彎小邊;(15)導正、壓彎大邊; (16)導正空步;(17)導正、壓彎大邊;(18)導正、切斷出件。
GT4-50/75-FB-1沖壓工序：(1)空步;(2)空步;(3)空步;(4)打字碼1和2、沖6×□4.2導正孔;(5)導正，沖2×50孔、沖2×75孔;(6)導正、沖4×50孔;(7)導正、沖50孔、沖2×75孔;(8)導正、壓回;(9)導正、空步;(10)導正、切邊、沖5×6、導正孔;(11)導正、空步;(12)導正、切舌;(13)導正、壓凸點;(14)導正、壓彎小邊;(15)導正、壓彎大邊;(16)導正、空步;(17)導正、壓彎大邊;(18)導正、切斷出件。
GT4-MKO-1沖壓工序：(1)打字碼1;(2)第一次拉包;(3)第二次拉包;(4)打字碼2和3、沖6×□4.2導正孔;(5)導正、沖4×MKO孔;(6)導正、沖4×50孔、沖壓包孔;(7)導正、沖4×MKO孔、沖2×50孔;(8)導正、壓回;(9)導正、空步;(10)導正、切邊、沖5×□6導正孔;(11)導正、空步;(12)導正、切舌;(13)導正、壓凸點;(14)導正、壓彎小邊;(15)導正、壓彎大邊;(16)導正、空步;(17)導正、壓彎大邊;(18)導正、切斷出件。
GT4-MKO-FB-1沖壓工序：(1)空步;(2)空步;(3)空步;(4)打字碼2和3、沖6×□4.2導正孔;(5)導正、沖4×MKO孔;(6)導正、沖4×50孔;(7)導正、沖4×MKO孔、沖3×51孔;(8)導正、壓回;(9)導正、空步;(10)導正、切邊、沖5×□6導正孔;(11)導正、空步;(12)導正、切舌;(13)導正、壓凸點;(14)導正、壓彎小邊;(15)導正、壓彎大邊;(16)導正、空步(17)導正、壓彎大邊;(18)導正、切斷出件。
根據GT4系列開關底盒底板零件相似特征較多的特點，運用成組技術的基本原理，根據以零件沖壓工序相同、相似為主， 局部不同的結構要素再分別歸入其他特殊組處理的原則，將GT4系列開關底盒底板沖壓工序分組為A(工序1～4)、B(工序5～9)、C(工序10～14)、D(工序15～18)四個模塊。
5.模具的模塊化設計
根據擬訂的沖壓工藝方案，考慮結構簡單、制造周期短、成本低、生產效率高、壽命長等級進模設計要求，將模具按沖壓工序A、B、C、D四個模塊成組設計，以最大的限度將工序相同、相似和局部不同的結構要素按模塊區分開來。(見圖2-7)。
6.成組技術對級進模生產的質量影響與效率影響
應用成組技術，以模塊化設計的多工位級進模，在和傳統設計的多工位級進模在沖壓生產上有很大的優勢，對多工位級進模生產的質量、效率有著重大影響。
(1)生產相同系列產品模具的數量不一樣：應用成組技術的GT4系列開關底盒級進模能實現生產同樣系列的4個產品，但減少了模具數量。傳統多工位級進模大多為專用設備，一模一產品;應用成組技術的多工位級進模，通過更換子模，可實現一模多產品，變中、小批量生產為大批量生產，降低產品的模具成本。
(2)模具的制造周期不一樣：傳統多工位級進模，在工序多的情況下，制造周期長、制造難度大，精度難以控制，模具成本高;GT4系列開關底盒級進模，結合模塊化設計、制造，各模塊可分開獨立加工再進行總裝，以現今我國多工位級進模的制造水平，完全可以達到模具設計要求之精度，而且縮短模具制造周期。
(3)模具維修難度不一樣：傳統多工位級進模，未按模塊設計模板，凹模(以維修成本最高的主要零件為例)任意一個地方磨損，將要拆卸整塊模板進行整修，維修成本大、勞動強度高、工期長;GT4系列開關底盒級進模運用了模塊化設計，將模板分模塊后，任一模塊中凹模磨損，只需要拆卸相應的模塊更換該模板中一小個鑲塊，維修方便，省時省力。
(4)模具沖壓生產效率、使用壽命差異不大：GT4系列開關底盒級進模其工作模式與傳統多工位級進模是一樣的，自動化程度高，沖壓速度可以達到200至250次/min，模具整體使用壽命5千萬次左右，刃磨一次壽命100萬次。生產耗時區別在應用成組技術的多工位級進模在生產另一型號產品時，會花費一定時間更換模塊、子模，但從沖壓生產總體時間來講，不多于傳統多工位級進模30%，相對于模具制造周期的耗時差別，沖壓生產階段的耗時差別相當小。
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