注塑模内镶嵌自动化生产研究

闻向阳 王岩 梁进城 史俊玲 张英慧 王洋, 130033) (长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司长春 摘要:注塑模内镶嵌是目前汽车内饰生产中应用比较广泛的新型技术,不但能使注塑产品多样化,而且还能降低产品的生产成本、提升产品的环保性,此工艺生产过程的难点之一是如何将镶嵌的金属件及织物利用自动化装置精确地挂到注塑模具内并从模具中取出成品。描述了三种不同材质镶嵌物的注塑自动化生产装置,应用中实现了镶嵌件自动化的抓取、针孔镶嵌、成品抓取等功能,成功辅助了镶嵌注塑工艺的批量生产。未来将完成镶嵌注塑自动化生产系

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1 前言

注塑生产是汽车内饰制造过程中的重点工30%艺,其生产业务量占内饰生产的 左右,目前仪表板骨架、气囊支架、风道、门板、副仪表板等关键零件均采用注塑生产工艺,随着模内镶嵌成型技术的发展,越来越多的注塑工艺根据产品功能需求将金属嵌件、软质面料、织物等零件先挂到模具内后再完成注塑成型,这种情况下采用自动化生产是即安全又经济的解决方案[1]。从气囊盒、织物镶嵌仪表板骨架、预裁软质小面料背注成型等三个关键模内成型工艺来介绍注塑模内生产单元自2025”动化模式的开发成果,同时结合“中国制造战略规划—推进生产过程智能化、着力发展智能设备的理念,开发自动化与信息化融合技术,进而 发展注塑生产单元的智能化,为下一步智能工厂建设提供基础[2]。

2 气囊支架镶嵌注塑自动化生产单元

某车型气囊支架为镶嵌注塑工艺,即注塑生

2 1)产过程中需要将个金属连接板(图 镶嵌到注

2)塑模具中实现模内一次注塑成型(图 。传统的金属镶嵌制造流程为金属支架人工放置、注塑机合模生产、机械手带动抓具取产品、人工修切浇口、人工粘贴条码纸、人工装箱、人工倒换空满物

5料箱,其中有道工序需要人工完成,系统自动化

28.6%,率仅为 整个生产过程不但存在安全隐患,而且设备利用率也低。要实现本套系统全过程的自动化生产,需要完成对金属支架自动化的矫形、抓取和镶嵌,同时完成料靶的修切、条码自动粘贴及检测、自动化装箱转运等功能。

气囊支架自动化生产系统集成了金属支架上料装置、机器人抓取金属支架与尺寸矫正装置、抓

(1979 ),作者简介:闻向阳 年— 男,机械工程师,研究方向为汽车 内饰装备技术。

具(模内镶嵌和成品抓取)、机械手、注塑机、料靶修切超声刀、条码自动粘贴识别装置、自动装箱与配8 3送装置等 部分,各装置在系统中配合关系见图 。

金属支架上料装置采用批量的物料补给模式,通过电机驱动金属支架物料箱实现X向和Y向运动,将金属支架物料箱输送到机器人抓取金属支架的位置,为了保证物料箱每次输送位置的重复精度,在终点位置设计料箱定位夹紧机构。机器人抓取到金属支架后,通过矫形机构对金属支架进行尺寸矫正,使金属支架的外形尺寸符合模具镶嵌尺寸,之后抓具从矫形位置通过磁铁吸附的方式抓取金属支架并将其镶嵌到模具内。待注塑生产完毕后,抓具通过气动夹爪抓取成品,同时通过抓具上的插板式限位机构对抓取后的成品进行限位,保证注塑成品在超声刀修切时的位置准±1 mm确,修切精度控制在 内。打印机接收注塑机自动生成的条形码信息并打印,通过风压式机械结构将条形码粘贴在气囊支架上,通过视觉装置 对条形码的信息、粘贴位置进行复核,确保其在产品追溯系统中应用的稳定性。机械手与抓具配合将贴好条形码的气囊支架自动装到指定物料箱内,物料箱通过倍速链、电动滚筒、升降机构自动运行至物料转运车内的设定位置。人机交互界面LED利用工业显示屏和 屏幕将系统的相关信息进行实时显示,并对各种报警信息进行传递。

为了确保生产工艺信息的可追溯性,整合了气囊支架自动化生产系统内各装置的通讯协议及CP343- 1物理接口,借助 拓展模块实现上位机与PLC PLC PLC Profinet S7-300、与 之间的 通讯, 控制Profibus-dp系统通过 总线方式对自动化系统进行运行信息、产品工艺参数和质量信息的在线实时采集与传输[3]。

3 仪表板织物镶嵌注塑自动化生产系统

PET(聚酯纤维)织物是目前汽车仪表板气囊4),区域常用的嵌件(图 其主要功能是防止气囊在PET爆破时产生大量的碎片伤人。 织物的特点为十字网状且柔软,给其抓取及模内镶嵌带来很大挑战。

仪表板织物镶嵌注塑自动化生产系统由织物存放平台、织物抓取及镶嵌机构、抓具、机械手、注6塑机及传送带等 部分组成,各装置之间的关系见6图。

本套系统核心难点是织物抓取及镶嵌机构,

其主要功能是织物抓取、是否抓取到织物的检测、织物预成型、织物镶嵌。织物抓取机构采用“十字交叉”型气针将织物从织物存放平台上抓取,为了避免抓取不到或者抓取多个,机构设计了厚度检测传感器,实现每次只抓取一张,从抓取到镶嵌过程中为了防止织物的脱落,采用光电传感器对织物进行全程监测。模内织物镶嵌利用滑台式气缸实现织物与模具挂针的对接,织物挂孔与模具挂±0.2 mm,针之间的配合公差为 以确保织物每次在注塑骨架中的位置精度。该套系统的应用避免了操作者到开模后的模具内人工挂织物,提高了生产过程的安全性和产品质量的稳定性。

4 预裁软质小面料背面注塑成型工艺自动化生产系统

汽车门板中部多采用包覆工艺,此工艺需要进行喷胶、活化、成型等工序,过程复杂、投资大、气味大,难以满足日益增长的客户需求。传统背压注塑工艺,使用面料尺寸大于产品,面料利用率低,设备投入高,且需要后续裁切[4]。本着绿色制造、优质制造的理念,开发了预裁软质小面料背面注塑成型工艺,实现面料尺寸与注塑件大小相当,并应用常压注塑机对镶嵌的软质面料进行合模注塑。此工艺7获得国家发明型专利,成品如图 所示。为了实现面料的自动化镶嵌,自主开发了预裁软质小面料背面注塑成型工艺自动化生产系统,由注塑机、机械8)手、软质面料镶嵌和抓取装置(图 、传送系统、升7降平台、载物平台、操作台 部分组成,完成了预裁软质 面料的自动输送、抓取、镶嵌和成品取件等工 作。工作流程为操作工将预裁后的小面料批量摆放到载物平台上,传送系统将载物平台输送到机械手工作区域,机械手带动抓具从载物平台上抓取软面料并移动到注塑模具上方,待模具打开后,机械手带动抓具与镶嵌机构同时完成本模面料的镶嵌与上一模成品抓取工作,此结构的开发应用使注塑5~7 s;节拍降低了 之后机械手带动抓具把成品放到传送系统上,操作人员从传送系统上取到零件经过检查确认后装入物料箱内。

采用预裁软质小面料背面注塑成型工艺生产B的门板,在装配的时候需要从门板本体 面进行预装与焊接,这样需要在预裁面料周围预制多个Φ8 mm,工艺孔,其直径为 工艺孔也是面料在模具8上镶嵌的挂孔。图 中的面料镶嵌与抓取装置采用自主设计“软质材料抓手”对软质小面料进行分层抓取,此装置获得了国家发明专利。

5 结束语

目前注塑模内镶嵌生产单元不断引进先进的自动化生产设备,基本上完成了单元自动化生产PLC模式的建设,这些自动化生产设备大多采用或者工控机进行控制,由于设备厂家的数据接口和格式各不相同,自动化设备信息还不能集中共 (下转第10页)

机械手 抓具 注塑机 条码自动粘贴识别装置 自动装箱与配送装置 料靶修切超声刀 机器人抓取金属支架与尺寸矫正 金属支架上料装置

抓具 机械手 织物抓取及镶嵌机构 注塑机 织物抓存放平台 传送带

软质面料抓取及镶嵌机构 产品抓具

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