Краткое содержание

Проектирование пальцев переходного штампа — это инженерная дисциплина, занимающаяся созданием конечных эффекторов — лопаток, захватов и вакуумных присосок, которые перемещают детали между станциями штампа. Эти компоненты служат критическим интерфейсом между высокоскоростной системой переноса и заготовкой, непосредственно влияя на скорость пресса (ходов в минуту) и надежность процесса. Основная цель — надежно зафиксировать деталь при транспортировке, обеспечивая полное отсутствие помех с матрицами штампа.

Успешное проектирование требует строгого соблюдения ограничений по весу, точных расчетов кривых интерференции и правильного выбора материалов во избежание повреждения поверхности деталей. Освоив девятиэтапный рабочий процесс проектирования, инженеры могут устранить типичные виды отказов, такие как столкновения штампов и падение деталей, обеспечивая максимальное время безотказной работы операций на переходных прессах.

Глава 1: Типы инструментов с пальцевыми захватами и критерии их выбора

Выбор правильного конечного эффектора является основополагающим решением при проектировании пальцевых штампов для переноса. Данный выбор определяет надежность фиксации детали во время транспортировки и максимально достижимую скорость пресс-линии. Инженеры должны соотносить преимущества пассивной поддержки и активного зажима в зависимости от геометрии детали и поведения материала.

Лопаты (пассивная поддержка)
Лопаты — это жесткие пассивные опоры, которые удерживают деталь. Обычно они являются предпочтительным выбором для жестких деталей, которые не провисают и не гнутся под собственным весом. Поскольку они полагаются на силу тяжести и трение, лопаты отличаются механической простотой, малым весом и долговечностью. Однако существует риск потери контроля над деталью при высоких ускорениях или замедлениях. Согласно отраслевым данным, лопаты часто изготавливаются из стали 1018 из-за их прочности. Они идеально подходят, когда форма детали позволяет надежно разместить её без применения активного зажима, например, при работе с глубокими вытяжными стаканами или жесткими панелями.

Захваты (активное зажатие)
Пневматические или механические захваты обеспечивают надежное фиксирующее усилие на заготовке. Такое активное зажатие необходимо для гибких деталей, крупных панелей, провисающих под собственным весом, или компонентов с центром тяжести, смещённым от центра, которые могут соскользнуть с лопаты. Хотя захваты обеспечивают повышенную безопасность, они вносят «задержку» — время, необходимое для срабатывания челюстей, — что может увеличить цикл времени. Они также добавляют вес к переносной балке, потенциально снижая критическую скорость системы. Инженеры часто используют захваты при операциях с перемещением по краю, когда контакт с поверхностью должен быть сведён к минимуму.

Вакуумные и магнитные головки
Для деталей, чувствительных к повреждениям поверхности, или при геометриях, где ограничен доступ к краям, решением являются вакуумные присоски или магнитные головки. Вакуумные системы особенно эффективны при использовании в мостовых переносных устройствах для подъёма крупных плоских панелей. Важно отметить, что стандартные вакуумные генераторы сжатого воздуха обычно создают около 10 PSI вакуума , эффективно обеспечивая лишь две трети максимальной теоретической подъемной силы. Магнитные захваты являются надежной альтернативой для ферромагнитных деталей, но требуют надежных механизмов отпускания, чтобы преодолеть остаточную намагниченность.

Матрица выбора

• Используйте лопаты, когда: Детали жесткие, имеют естественную форму для укладки, и приоритетом является высокая частота ходов в минуту (SPM).
• Используйте захваты, когда: Детали гибкие, имеют нестабильный центр тяжести или требуют вертикального подъема без опоры снизу.
• Используйте вакуум/магниты, когда: Обрабатываются поверхности класса А, где механический контакт может привести к повреждениям, или когда отсутствует свободное пространство по краям.

Глава 2: Девятиступенчатый рабочий процесс проектирования (CAD и разметка)

Проектирование пальцевого инструмента — это не импровизация; это строгий процесс, который должен выполняться в среде САПР до начала обработки металла. Следование структурированному рабочему процессу предотвращает дорогостоящие ошибки столкновений и гарантирует работоспособность системы с первого хода.

Шаг 1: Создание композитной компоновки
Начните с наложения конструкции штампа, плиты пресса и геометрии трансферной направляющей в одном CAD-сборочном узле. Эта «композитная компоновка» позволяет проверить рабочую зону. Необходимо подтвердить максимальный ход подъёма (ось Z), ход зажима (ось Y) и угол наклона (ось X), чтобы убедиться, что трансферная система физически может достичь точек захвата.

Шаг 2: Оценка нагрузки и длины
Рассчитайте общий вес предлагаемой сборки пальцев и детали. Сравните это значение с кривыми грузоподъёмности трансферной системы. На данном этапе минимизируйте длину рычагов пальцев для снижения инерции. Более короткие рычаги обладают большей жёсткостью и меньше вибрируют, что обеспечивает более высокую точность.

Шаг 3: Проверка линии передачи
Проверьте высоту захвата и сброса на всех станциях. В идеале линия передачи должна быть постоянной. Если высота захвата ниже, чем высота сброса, палец может выйти за пределы рабочей зоны и столкнуться с штампом. Если захват осуществляется выше, деталь может упасть с высоты, что приведёт к потере позиционирования.

Шаг 4: Выбор конечного эффектора
Выберите конкретную лопатку, захват или вакуумную присоску на основе критериев, изложенных в главе 1. Убедитесь, что выбранный компонент помещается в доступном штамповом пространстве.

Шаг 5: Размещение датчиков
Интегрируйте датчики наличия детали на раннем этапе проектирования. Датчики должны быть установлены таким образом, чтобы надежно определять, что деталь правильно установлена в лопатке или захвате. Часто используется обнаружение края, но убедитесь, что крепление датчика не станет точкой интерференции.

Шаг 6: Компоненты руки
Выберите конструкционные трубы и регулируемые шарниры. Использование модульного подхода по типу «конструктора» позволяет обеспечить регулировку во время пробной наладки. Однако убедитесь, что соединения достаточно прочны, чтобы выдерживать перегрузки при перемещении.

Шаги 7–9: Проверка на интерференцию и финализация
Последний и наиболее важный этап — моделирование полного цикла движения. Проверьте позицию «сброса», чтобы убедиться, что палец втягивается без столкновения с верхней матрицей. Выполните полное моделирование обнаружения столкновений для операций зажима, подъёма, переноса, опускания, разжима и возврата. Эта цифровая проверка — единственный способ гарантировать отсутствие аварий при физической настройке.

Глава 3: Критические параметры проектирования: интерференция и зазор

Наиболее распространённый тип отказа при штамповке с переносом — столкновение инструмента пальца с самой матрицей. Обычно это происходит во время «обратного хода» — движения пустых пальцев обратно в начальное положение, пока ползун пресса опускается.

Понимание кривых интерференции
Кривая интерференции отображает положение пальца инструментации относительно закрывающих компонентов в течение долгого времени. В механической системе передачи движение механически прикрепляется к винтке прессы, что означает, что путь возвращения фиксирован. В системах сервопередачи инженеры имеют гибкость для программирования оптимизированных профилей движения, потенциально позволяющих пальцам "ускользнуть" от пути нисходящих руководящих булавок или драйверов камеры.

Цикл шестичасовой съемки
Дизайнеры должны проанализировать пробелы для всех шести движений: 1) зажимать, 2) поднимать, 3) переносить, 4) опускать, 5) снимать зажимание и 6) возвращать. Фазы "отстегивание" и "возвращение" критичны. Если пальцы не будут достаточно быстро оттягиваться, они будут раздавлены верхней коробкой. Стандартным правилом является сохранение расстояния между пальцем и любой сталью в ближайшей точке пересечения не менее 25 мм.

Цифровые двойники и моделирование
Современная техника опирается на кинематическое моделирование. Создавая цифровой двойник прессы и штамповки, инженеры могут визуализировать кривые интерференции. Если обнаружено столкновение, конструкцию можно изменить, изменив точку сбора, используя сцепление более низкого профиля или модифицируя рельеф из стали. Этот проактивный анализ намного дешевле, чем ремонт разбитой переводной стойки.

Глава 4: Выбор материала и защита деталей

Материал, выбранный для пальца инструмента, влияет как на динамические характеристики системы, так и на качество готовой части. Для высокоскоростных операций необходимо облегчить вес, а контактные материалы должны быть выбраны для предотвращения повреждения поверхности.

Снижение веса против силы
Инерция системы передачи ограничивает максимальные удары в минуту (SPM). Тяжелые стальные рукава увеличивают нагрузку на трансферирующий привод, что требует более медленной скорости, чтобы предотвратить сбои двигателя или чрезмерную вибрацию. Высокопрочный алюминий (например, 6061 или 7075) часто используется для конструктивных рук для уменьшения массы при сохранении жесткости. Для концов соприкосновения (лопаток) сталь обеспечивает необходимую износостойкость.

Контактные материалы и покрытия
Прямой контакт металла с металлом может повредить поверхности класса А или чувствительные оцинкованные покрытия. Чтобы этого не произошло, инженеры используют специальные контактные подушки. Нейлон прочный и твердый, что делает его подходящим для нераскрытых конструктивных частей. Для окрашенных или рельефных поверхностей, где сцепление критично и сцепление неприемлемо, предпочтительнее мягкие неопреновые подушки. В крайних случаях, Уретан UHMW может быть использована для покрытия пальцев, обеспечивая баланс прочности и защиты.

Поставка точности и объема
При переходе от проектирования к производству, особенно для автомобильных компонентов, таких как рычаги подвески или каркасные элементы, качество оснастки и партнёра по штамповке имеет первостепенное значение. Производство высоких объёмов требует точности, соответствующей замыслу проекта. Для проектов, требующих строгого соблюдения стандартов, таких как IATF 16949, сотрудничество со специалистами, например Shaoyi Metal Technology может стать связующим звеном между быстрым прототипированием и массовым производством, обеспечивая точное выполнение сложных конструкций переходных штампов с использованием прессов мощностью 600 тонн.

Глава 5: Защита штампов и интеграция датчиков

Даже наиболее надёжная механическая конструкция требует электронного контроля. Датчики являются «глазами» системы перемещения, гарантируя правильное зацепление деталей до начала перемещения и их корректное освобождение до закрытия штампа.

Типы датчиков и их размещение
Два основных типа датчиков доминируют в системах переноса: датчики приближения и оптические датчики. Датчики приближения прочные и надежные, но имеют короткий диапазон обнаружения (обычно 1–5 мм). Их необходимо размещать очень близко к детали, что создает риск повреждения при неправильной загрузке. Оптические (инфракрасные или лазерные) датчики обеспечивают более длинный диапазон, позволяя устанавливать их в безопасном удалении от зоны удара, хотя они могут быть чувствительны к масляному туману и отражениям.

Логика и синхронизация
Логику датчиков следует настраивать на «Наличие детали» для фаз захвата и переноса. Если датчик теряет сигнал во время переноса, пресс должен немедленно остановиться, чтобы предотвратить аварию типа "двойной металл" на следующей станции. Рекомендуемой практикой является использование обнаружения «в зажиме», а не «в штампе» для проверки переноса, поскольку это подтверждает, что деталь действительно находится под контролем системы переноса, а не просто лежит в штампе.

Заключение: проектирование для надежности

Создание конструкции пальцев штамповочного пресса представляет собой сложную задачу, требующую баланса между скоростью, надежностью и зазорами. Грамотно подбирая конечные эффекторы, строго соблюдая процесс моделирования в САПР и выбирая материалы, защищающие заготовку, инженеры могут снизить высокие риски, связанные с трансферной штамповкой. Разница между прибыльной высокоскоростной линией и постоянными проблемами в обслуживании зачастую определяется формой простой лопатки или логикой одного-единственного датчика.

По мере увеличения скорости прессов и усложнения геометрии деталей зависимость от точных, основанных на данных методологий проектирования будет только возрастать. Инженеры, которые уделяют приоритетное внимание кривой интерференции и учитывают физику движения при транспортировке, будут стабильно создавать оснастку, надежно работающую цикл за циклом.

Часто задаваемые вопросы

1. В чем разница между 2-х и 3-х осевыми транспортными системами?

Система передачи с двумя осями перемещает детали только в двух направлениях: зажим (внутрь/наружу) и передача (влево/вправо). Детали, как правило, скользят по направляющим или мостам между станциями. Система с тремя осями добавляет вертикальное движение подъёма (вверх/вниз), что позволяет поднимать деталь, перемещать её над препятствиями в матрице и опускать в нужное место. Системы с тремя осями более универсальны и необходимы для деталей с глубокой вытяжкой или сложной геометрией, которые невозможно перемещать путём скольжения.

2. Какой зазор требуется для пальцев переноса?

Широко признанный инженерный стандарт предписывает обеспечивать минимальный зазор 25 мм (1 дюйм) между инструментом пальцев и любым компонентом штампа в течение всего цикла движения. Этот запас безопасности учитывает незначительные вибрации, отскок или вариации во времени. В сервоприводных системах этот зазор иногда может быть уменьшен благодаря точному управлению профилем движения, однако всегда рекомендуется сохранять запас безопасности.

3. Почему для инструмента пальцев используются лёгкие материалы?

Легкие материалы, такие как алюминий и углеродное волокно, используются для уменьшения момента инерции переносной штанги. Более низкий вес позволяет системе переноса быстрее ускоряться и замедляться без перегрузки сервоприводов или механических приводов. Это напрямую приводит к увеличению ходов в минуту (SPM) и росту производительности.