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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(chǎn)工藝，對使用多工位級進模進行沖壓生產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)一模多產(chǎn)品，有效地提高了生產(chǎn)效率，降低模具制造成本，解決中小批量機械產(chǎn)品生產(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)是根據(jù)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(chǎn)品，其生產(chǎn)準備周期長、模具成本高， 當生產(chǎn)批量不大時，將導致沖壓產(chǎn)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(chǎn)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(qū)域，將特有的結構特征排布在特定區(qū)域;②根據(jù)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(chǎn)不同產(chǎn)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(jù)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(chǎn)更易滿足生產(chǎn)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(chǎn)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(qū)分開來。(見圖2-7)。
6.成組技術對級進模生產(chǎn)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(tǒng)設計的多工位級進模在沖壓生產(chǎn)上有很大的優(yōu)勢，對多工位級進模生產(chǎn)的質量、效率有著重大影響。
(1)生產(chǎn)相同系列產(chǎn)品模具的數(shù)量不一樣：應用成組技術的GT4系列開關底盒級進模能實現(xiàn)生產(chǎn)同樣系列的4個產(chǎn)品，但減少了模具數(shù)量。傳統(tǒng)多工位級進模大多為專用設備，一模一產(chǎn)品;應用成組技術的多工位級進模，通過更換子模，可實現(xiàn)一模多產(chǎn)品，變中、小批量生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，降低產(chǎn)品的模具成本。
(2)模具的制造周期不一樣：傳統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)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(chǎn)耗時區(qū)別在應用成組技術的多工位級進模在生產(chǎn)另一型號產(chǎn)品時，會花費一定時間更換模塊、子模，但從沖壓生產(chǎn)總體時間來講，不多于傳統(tǒng)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(chǎn)階段的耗時差別相當小。
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