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成组技术在多工位级进模中的应用
摘要：本文详细分析了金属开关底盒底板的生产工艺，对使用多工位级进模进行冲压生产进行充分的分析比较，结合成组技术提出在系列有相同特征的产品(GT4系列开关底盒底板)之多工位级进模中运用可换子模技术，实现一模多产品，有效地提高了生产效率，降低模具制造成本，解决中小批量机械产品生产效率低、成本高的问题。
关键词：多工位级进模;可换子模;一模多产品;成组技术
1.成组技术的原理
成组技术(Group Technology，简称GT)是按照事物的相近性，将许多不同但具有相近的事物依照一定的准则分类成组，使类似的事物能够采取相同的解决办法，以达到节省时间、精力和费用的目的。成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族(组)，按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。
2.成组技术在多工位级进模中的应用
按照普遍的做法，冲压件的生产是根据零件设计专用模具。专用模具虽然可以满足不同零件的要求， 但需一模一产品，其生产准备周期长、模具成本高， 当生产批量不大时，将导致冲压产品成本上升。针对上述问题，采用成组技术的基本原理对冲压工序和模具结构进行设计：①对具备相似性的一个系列零件产品进行合理的冲压工序安排，将相同结构特征的冲压工序排布公共区域，将特有的结构特征排布在特定区域;②根据冲压工序安排，将级进模具按工序相同和不同分模块设计，将各模块设计成独立的子模，则模具具备了更不同换子模即可生产不同产品的能力。
3.开关底盒底板零件的分析及排样设计
3.1 零件分析
GT4系列开关底盒底板的材料为1.59锌板，强度极限=130 (MPa)，延伸率大于40%，料厚t=1.59mm，每个型号5万件，共20万件。
图2-1 GT4-50/75-1底板 图2-2 GT4-50/75-FB-1底板
GT4系列开关底盒底板的冲压工序分为打字码、拉包、冲导正孔、冲特征孔、压回、切边、切舌、压凸点、压弯边、切断等10类共16个工序。根据该零件冲压工序多、压力方向容易控制等特点，选择使用多工位级进模生产更易满足生产需求。
图2-3 GT4-MKO-1底板图2-4 GT4-MKO-FB-1底板
3.2 排样设计
零件有毛刺要求，应向下弯曲成型，这样使弯曲线与板料纤维方向垂直，避免弯曲裂纹，根据其结构及工序过程的相似性分类成组，其排样分别为：
①GT4-50/75-1底板排样
②GT4-50/75-FB-1底板排样
③GT4-MKO-1底板排样
④GT4-MKO-FB-1底板排样
4.拟订冲压工艺方案
GT4系列开关底盒底板零件冲压工序安排如下。
GT4-50/75-1冲压工序：(1)打字码;(2)第一次拉包;(3)第二次拉包、冲孔;(4)打字码2、3、冲6×□4.2导正孔;(5)导正、冲50孔、冲压包孔;(6)导正、冲75孔;(7)导正、冲75孔;(8)导正、压回;(9)导正、空步;(10)导正、切边、冲5×□6导正孔;(11)导正、空步;(12)导正、切舌(13)导正、压凸点;(14)导正、压弯小边;(15)导正、压弯大边; (16)导正空步;(17)导正、压弯大边;(18)导正、切断出件。
GT4-50/75-FB-1冲压工序：(1)空步;(2)空步;(3)空步;(4)打字码1和2、冲6×□4.2导正孔;(5)导正，冲2×50孔、冲2×75孔;(6)导正、冲4×50孔;(7)导正、冲50孔、冲2×75孔;(8)导正、压回;(9)导正、空步;(10)导正、切边、冲5×6、导正孔;(11)导正、空步;(12)导正、切舌;(13)导正、压凸点;(14)导正、压弯小边;(15)导正、压弯大边;(16)导正、空步;(17)导正、压弯大边;(18)导正、切断出件。
GT4-MKO-1冲压工序：(1)打字码1;(2)第一次拉包;(3)第二次拉包;(4)打字码2和3、冲6×□4.2导正孔;(5)导正、冲4×MKO孔;(6)导正、冲4×50孔、冲压包孔;(7)导正、冲4×MKO孔、冲2×50孔;(8)导正、压回;(9)导正、空步;(10)导正、切边、冲5×□6导正孔;(11)导正、空步;(12)导正、切舌;(13)导正、压凸点;(14)导正、压弯小边;(15)导正、压弯大边;(16)导正、空步;(17)导正、压弯大边;(18)导正、切断出件。
GT4-MKO-FB-1冲压工序：(1)空步;(2)空步;(3)空步;(4)打字码2和3、冲6×□4.2导正孔;(5)导正、冲4×MKO孔;(6)导正、冲4×50孔;(7)导正、冲4×MKO孔、冲3×51孔;(8)导正、压回;(9)导正、空步;(10)导正、切边、冲5×□6导正孔;(11)导正、空步;(12)导正、切舌;(13)导正、压凸点;(14)导正、压弯小边;(15)导正、压弯大边;(16)导正、空步(17)导正、压弯大边;(18)导正、切断出件。
根据GT4系列开关底盒底板零件相似特征较多的特点，运用成组技术的基本原理，根据以零件冲压工序相同、相似为主， 局部不同的结构要素再分别归入其他特殊组处理的原则，将GT4系列开关底盒底板冲压工序分组为A(工序1～4)、B(工序5～9)、C(工序10～14)、D(工序15～18)四个模块。
5.模具的模块化设计
根据拟订的冲压工艺方案，考虑结构简单、制造周期短、成本低、生产效率高、寿命长等级进模设计要求，将模具按冲压工序A、B、C、D四个模块成组设计，以最大的限度将工序相同、相似和局部不同的结构要素按模块区分开来。(见图2-7)。
6.成组技术对级进模生产的质量影响与效率影响
应用成组技术，以模块化设计的多工位级进模，在和传统设计的多工位级进模在冲压生产上有很大的优势，对多工位级进模生产的质量、效率有着重大影响。
(1)生产相同系列产品模具的数量不一样：应用成组技术的GT4系列开关底盒级进模能实现生产同样系列的4个产品，但减少了模具数量。传统多工位级进模大多为专用设备，一模一产品;应用成组技术的多工位级进模，通过更换子模，可实现一模多产品，变中、小批量生产为大批量生产，降低产品的模具成本。
(2)模具的制造周期不一样：传统多工位级进模，在工序多的情况下，制造周期长、制造难度大，精度难以控制，模具成本高;GT4系列开关底盒级进模，结合模块化设计、制造，各模块可分开独立加工再进行总装，以现今我国多工位级进模的制造水平，完全可以达到模具设计要求之精度，而且缩短模具制造周期。
(3)模具维修难度不一样：传统多工位级进模，未按模块设计模板，凹模(以维修成本最高的主要零件为例)任意一个地方磨损，将要拆卸整块模板进行整修，维修成本大、劳动强度高、工期长;GT4系列开关底盒级进模运用了模块化设计，将模板分模块后，任一模块中凹模磨损，只需要拆卸相应的模块更换该模板中一小个镶块，维修方便，省时省力。
(4)模具冲压生产效率、使用寿命差异不大：GT4系列开关底盒级进模其工作模式与传统多工位级进模是一样的，自动化程度高，冲压速度可以达到200至250次/min，模具整体使用寿命5千万次左右，刃磨一次寿命100万次。生产耗时区别在应用成组技术的多工位级进模在生产另一型号产品时，会花费一定时间更换模块、子模，但从冲压生产总体时间来讲，不多于传统多工位级进模30%，相对于模具制造周期的耗时差别，冲压生产阶段的耗时差别相当小。
[参考文献]
[1]苏君，于玲. 成组技术在模具CAD中的应用研究.中国制造业信息化，2007.
[2]洪慎章.模具制造业的现状及发展.模具制造，2007.
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[6]陈炎嗣. 多工位级进模设计手册. 化学工业出版社，2012.
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