预埋传感器和视频监控的冲压模具

文／秦志洪·襄阳博亚精工装备股份有限公司

现有冲压或精冲模具(简称“模具”)的寿命，直接与产品的成本有关，模具寿命与许多因素相关，比如模具材料成分、模具的热处理质量、模具内部润滑和冲压材料的润滑、模具的配合间隙等等，具有一定的偶然性，所以，提前预警模具的寿命非常困难。

问题描述

而当模具遇到如崩刃、掉块破损后，只有通过所冲压的产品尺寸和外观等表象，来推断模具是否已经破损，但要真正发现模具的损坏部位，检查起来非常不容易，有时操作人员需要把头凑到设备的模具区去观察，很不安全。如图1 所示，模具的裂纹需要近距离才能观察到。况且已经产生了大量的废品，这样不仅会耽误加工时间，而且会浪费大量冲压材料，带来不必要的经济损失。

图1 模具裂纹图

原因分析

产生这个情况的原因很多，如模具受力不好，设备工作异常，模具疲劳等许多因素，关键要能够提前预警模具异常(温度或受力)，及时发现模具的损坏。

整改措施

为此我们提出了整改方案，一种预埋传感器和视频监控的冲压模具，以实现提早发现模具损坏的目的。本装置已获得实用新型专利，见图2。

图2 专利证书

整改内容

如图3、图4 所示，本整改方案下模架1 上的导套2 与上模架7 上的导柱3 配合，下模座18 安装在下模架1 上，凹模13 和调整垫片17 置于下模座18 内；上模架7 的下面安装有上模座8 和冲头座11，冲头12 装在冲头座11 内；凹模13 内设有温度传感器二16，下模座18 的上表面装有摄像头二14，所述摄像头二14 为微型摄像头，自带光源和保护罩；冲头12 与上模架7 之间上安装有压力传感器9，压力传感器9 装在上模座8 内，置于冲头12 的中心线上，压力传感器9 与冲头12 之间设有冲头调整垫片10，冲头12 上装有温度传感器一5，冲头座11的下表面装有摄像头一4，所述摄像头一4 为微型摄像头，自带光源和保护罩。

图3 整改方案的结构原理图(模具的压板和退料的结构省略)

图4 整改方案的电控逻辑框图

所述接线盒二19 安装在下模架1 上，置于下模座18 下部的一侧，接线盒二19 用导线及信号线通过下模座18 内的深孔，与温度传感器二16、摄像头二14 接通；接线盒一6 安装在上模架7 的下表面，置于上模座8 下部的一侧，接线盒一6 用导线及信号线通过冲头座11 及上模座8 内部的深孔，与温度传感器一5、摄像头一4 接通。

对应摄像头一4 及摄像头二14 的位置，在下模座18 和冲头座11 的相应部位有避空设计，冲头座11 的下表面和下模座18 的上表面分别带有凹槽，用于保护摄像头一4 及摄像头二14。

所述温度传感器一5、温度传感器二16、压力传感器9、摄像头一4 及摄像头二14 分别与数据监控分析系统20 连接。

模具冲压时，模具内部的温度传感器一5 和温度传感器二16 以及压力传感器9 可将监测到的数据输送到数据监控分析系统20，数据监控分析系统20 将数据保存，绘制各种曲线。当模具内部的温度上升较快，达到预设的温度值时(通常低于模具材料的回火温度)，且压力传感器9 的压力值急剧增加，数据监控分析系统20 可报警，以提示暂停冲压工作或更换相应的冲头或凹模，以免模具的不正常损坏；反过来这些模具内部温度传感器一5 和温度传感器二16 以及压力传感器9 所监测的数据，可以验证模具设计的安全性，为模具的改进提供有力的数据支撑。

当模具的冲头座11与下模座18打开一定距离后，视频监控摄像头一4 和摄像头二14 开始工作，打开自带相应的光源和保护罩(以保护摄像头不被异物破坏和冲压润滑油的喷溅)，对目标区进行高清拍照，数据监控分析系统20 根据当前的拍摄照片，与上一次拍摄的照片(或系统指定照片)进行比对，发现异常(模具损坏)即可报警，并可以给冲压设备发讯，暂停设备的冲压工作，提示更换模具或更换模具备件，最大限度的减少废品的产生。15 是冲压后的成形工件，图示没有画出压料板和退料的结构。

数据监控分析系统20 还可以接入工厂网络与智能化系统(MES)的数据，实现工厂内部所有加工过程数据的监控和共享，也可以用手机客户端通过网络与智能化工厂系统(MES)实现对数据监控分析系统20 的数据查看，为生产管理者提供极大的方便。

如上所述的整改方案内容，需要传感器行业的设计工程师把传感器小型化和微型化，来满足模具的安装空间要求，需要传感器行业的设计工程师把传感器的耐恶劣环境的适应力提高，需要冲压设备厂家设计兼容模具内部预埋传感器的接口，需要冲压工厂的MES 与冲压设备和模具分别连接，以方便控制和监控。

需要模具行业设计工程师把模具的纯机械设计，逐步变成机电融合的机电一体化设计，还要求模具工程师精通传感器技术，了解电控方面的知识。

结束语

本整改方案与现有技术相比，能通过模具自带的视频监控和视觉识别技术第一时间发现模具是否损坏，且可从监测到的数据，分析造成意外损坏的原因，是模具温度过高还是冲压过程中冲裁力过大，还可以结合冲压设备的冲裁速度值、冲压用润滑油的定量值等数据，结合大量数据统计和分析，找到提高冲压模具使用寿命的有效途径，可有效对模具的使用寿命进行提前预警及在线监控，杜绝废品产生，保证产品质量，提高工作效率，降低安全隐患。