預(yù)埋傳感器和視頻監(jiān)控的沖壓模具

文／秦志洪·襄陽博亞精工裝備股份有限公司

現(xiàn)有沖壓或精沖模具(簡稱“模具”)的壽命，直接與產(chǎn)品的成本有關(guān)，模具壽命與許多因素相關(guān)，比如模具材料成分、模具的熱處理質(zhì)量、模具內(nèi)部潤滑和沖壓材料的潤滑、模具的配合間隙等等，具有一定的偶然性，所以，提前預(yù)警模具的壽命非常困難。

問題描述

而當(dāng)模具遇到如崩刃、掉塊破損后，只有通過所沖壓的產(chǎn)品尺寸和外觀等表象，來推斷模具是否已經(jīng)破損，但要真正發(fā)現(xiàn)模具的損壞部位，檢查起來非常不容易，有時操作人員需要把頭湊到設(shè)備的模具區(qū)去觀察，很不安全。如圖1 所示，模具的裂紋需要近距離才能觀察到。況且已經(jīng)產(chǎn)生了大量的廢品，這樣不僅會耽誤加工時間，而且會浪費大量沖壓材料，帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 模具裂紋圖

原因分析

產(chǎn)生這個情況的原因很多，如模具受力不好，設(shè)備工作異常，模具疲勞等許多因素，關(guān)鍵要能夠提前預(yù)警模具異常(溫度或受力)，及時發(fā)現(xiàn)模具的損壞。

整改措施

為此我們提出了整改方案，一種預(yù)埋傳感器和視頻監(jiān)控的沖壓模具，以實現(xiàn)提早發(fā)現(xiàn)模具損壞的目的。本裝置已獲得實用新型專利，見圖2。

圖2 專利證書

整改內(nèi)容

如圖3、圖4 所示，本整改方案下模架1 上的導(dǎo)套2 與上模架7 上的導(dǎo)柱3 配合，下模座18 安裝在下模架1 上，凹模13 和調(diào)整墊片17 置于下模座18 內(nèi)；上模架7 的下面安裝有上模座8 和沖頭座11，沖頭12 裝在沖頭座11 內(nèi)；凹模13 內(nèi)設(shè)有溫度傳感器二16，下模座18 的上表面裝有攝像頭二14，所述攝像頭二14 為微型攝像頭，自帶光源和保護(hù)罩；沖頭12 與上模架7 之間上安裝有壓力傳感器9，壓力傳感器9 裝在上模座8 內(nèi)，置于沖頭12 的中心線上，壓力傳感器9 與沖頭12 之間設(shè)有沖頭調(diào)整墊片10，沖頭12 上裝有溫度傳感器一5，沖頭座11的下表面裝有攝像頭一4，所述攝像頭一4 為微型攝像頭，自帶光源和保護(hù)罩。

圖3 整改方案的結(jié)構(gòu)原理圖(模具的壓板和退料的結(jié)構(gòu)省略)

圖4 整改方案的電控邏輯框圖

所述接線盒二19 安裝在下模架1 上，置于下模座18 下部的一側(cè)，接線盒二19 用導(dǎo)線及信號線通過下模座18 內(nèi)的深孔，與溫度傳感器二16、攝像頭二14 接通；接線盒一6 安裝在上模架7 的下表面，置于上模座8 下部的一側(cè)，接線盒一6 用導(dǎo)線及信號線通過沖頭座11 及上模座8 內(nèi)部的深孔，與溫度傳感器一5、攝像頭一4 接通。

對應(yīng)攝像頭一4 及攝像頭二14 的位置，在下模座18 和沖頭座11 的相應(yīng)部位有避空設(shè)計，沖頭座11 的下表面和下模座18 的上表面分別帶有凹槽，用于保護(hù)攝像頭一4 及攝像頭二14。

所述溫度傳感器一5、溫度傳感器二16、壓力傳感器9、攝像頭一4 及攝像頭二14 分別與數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)20 連接。

模具沖壓時，模具內(nèi)部的溫度傳感器一5 和溫度傳感器二16 以及壓力傳感器9 可將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)20，數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)20 將數(shù)據(jù)保存，繪制各種曲線。當(dāng)模具內(nèi)部的溫度上升較快，達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值時(通常低于模具材料的回火溫度)，且壓力傳感器9 的壓力值急劇增加，數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)20 可報警，以提示暫停沖壓工作或更換相應(yīng)的沖頭或凹模，以免模具的不正常損壞；反過來這些模具內(nèi)部溫度傳感器一5 和溫度傳感器二16 以及壓力傳感器9 所監(jiān)測的數(shù)據(jù)，可以驗證模具設(shè)計的安全性，為模具的改進(jìn)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

當(dāng)模具的沖頭座11與下模座18打開一定距離后，視頻監(jiān)控攝像頭一4 和攝像頭二14 開始工作，打開自帶相應(yīng)的光源和保護(hù)罩(以保護(hù)攝像頭不被異物破壞和沖壓潤滑油的噴濺)，對目標(biāo)區(qū)進(jìn)行高清拍照，數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)20 根據(jù)當(dāng)前的拍攝照片，與上一次拍攝的照片(或系統(tǒng)指定照片)進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)異常(模具損壞)即可報警，并可以給沖壓設(shè)備發(fā)訊，暫停設(shè)備的沖壓工作，提示更換模具或更換模具備件，最大限度的減少廢品的產(chǎn)生。15 是沖壓后的成形工件，圖示沒有畫出壓料板和退料的結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)20 還可以接入工廠網(wǎng)絡(luò)與智能化系統(tǒng)(MES)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工廠內(nèi)部所有加工過程數(shù)據(jù)的監(jiān)控和共享，也可以用手機(jī)客戶端通過網(wǎng)絡(luò)與智能化工廠系統(tǒng)(MES)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)20 的數(shù)據(jù)查看，為生產(chǎn)管理者提供極大的方便。

如上所述的整改方案內(nèi)容，需要傳感器行業(yè)的設(shè)計工程師把傳感器小型化和微型化，來滿足模具的安裝空間要求，需要傳感器行業(yè)的設(shè)計工程師把傳感器的耐惡劣環(huán)境的適應(yīng)力提高，需要沖壓設(shè)備廠家設(shè)計兼容模具內(nèi)部預(yù)埋傳感器的接口，需要沖壓工廠的MES 與沖壓設(shè)備和模具分別連接，以方便控制和監(jiān)控。

需要模具行業(yè)設(shè)計工程師把模具的純機(jī)械設(shè)計，逐步變成機(jī)電融合的機(jī)電一體化設(shè)計，還要求模具工程師精通傳感器技術(shù)，了解電控方面的知識。

結(jié)束語

本整改方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能通過模具自帶的視頻監(jiān)控和視覺識別技術(shù)第一時間發(fā)現(xiàn)模具是否損壞，且可從監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，分析造成意外損壞的原因，是模具溫度過高還是沖壓過程中沖裁力過大，還可以結(jié)合沖壓設(shè)備的沖裁速度值、沖壓用潤滑油的定量值等數(shù)據(jù)，結(jié)合大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，找到提高沖壓模具使用壽命的有效途徑，可有效對模具的使用壽命進(jìn)行提前預(yù)警及在線監(jiān)控，杜絕廢品產(chǎn)生，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，降低安全隱患。