鋁車身沖壓生產(chǎn)技術(shù)及注意事項(xiàng)淺析 文|馬國禮 MFC專欄作者 隨著汽車行業(yè)輕量化的不斷深入，鋁合金的應(yīng)用得到了有效推廣，從奧迪的全鋁車身，到奇瑞捷豹路虎的部分鋁車身，再到江淮蔚來的ES8全鋁車身。隨著鋁合金的全面應(yīng)用，沖壓生產(chǎn)線技術(shù)也在不斷的成熟完善。 江淮蔚來作為國內(nèi)自主品牌所生產(chǎn)的第一款全鋁車身汽車，先了解一下沖壓生產(chǎn)過程。 和傳統(tǒng)鋼板生產(chǎn)一樣，沖壓生產(chǎn)分為：來料→拆垛分張→對(duì)中→拉延→切邊沖孔等工序→檢驗(yàn)→裝箱，還有輔助工序：模具維修、工件返修等。區(qū)別主要在拆垛、分張及傳輸過程中。下面從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面簡要分析。 人力資源作為沖壓生產(chǎn)成本的主要組成部分，將來大部分會(huì)被機(jī)器所替代，但目前來說是無法做到的，尤其是檢驗(yàn)、維修、返修等相對(duì)技術(shù)要求較高的人員。相對(duì)于鋼板生產(chǎn)來說，由于鋁合金可塑性好的特性，出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷的幾率高，所需要的檢驗(yàn)、返修人員也多，項(xiàng)目初期，側(cè)圍等重難點(diǎn)件的返修率幾乎高達(dá)100%。檢驗(yàn)人員要能準(zhǔn)確、高效的判斷產(chǎn)品缺陷，返修人員要快速的修復(fù)產(chǎn)品缺陷，該兩類人員雖然是沖壓輔助工種，但也是鋁合金生產(chǎn)交付過程至關(guān)重要的，占整個(gè)沖壓人員約50%。其余操作人員和模具維修人員相較于鋼板生產(chǎn)可以正常配備。 壓力機(jī)為沖壓生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，機(jī)器人為自動(dòng)傳輸?shù)脑O(shè)備。目前自動(dòng)化生產(chǎn)線為新建沖壓標(biāo)配，但部分工廠還使用人工上下料的原有舊設(shè)備。鋁合金對(duì)于壓力機(jī)的要求來說，主要體現(xiàn)在第一臺(tái)。原先第一臺(tái)為多連桿壓力機(jī)，其中八連桿、六連桿較為普遍，隨著伺服控制技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)口及國產(chǎn)大噸位伺服壓力機(jī)也得到認(rèn)可。近幾年主機(jī)廠新建工廠中，涉及到鋁合金生產(chǎn)的，都配備伺服壓力機(jī)。伺服壓力機(jī)主要優(yōu)勢(shì)為其曲線可控，即滑塊速度曲線可控，尤其是拉延過程，速度可以控制在300mm/s以內(nèi)，最低可以達(dá)到125mm/s，相較于傳統(tǒng)壓力機(jī)，速度降低約50%以上，拉延速度的降低給板料減薄過程中的材料流動(dòng)提供充足的時(shí)間，有效提高了產(chǎn)品成形質(zhì)量，這在我們現(xiàn)場也得到了充分的驗(yàn)證。 在自動(dòng)傳輸設(shè)備中，除了機(jī)器人外，還有拆垛分張、傳輸皮帶等輔助自動(dòng)設(shè)備。相較于鋼板，這一部分的影響最大，最直接。因?yàn)殇X合金不能磁化的特性，拆垛分張?jiān)O(shè)備不能使用傳統(tǒng)的磁力分張，需要風(fēng)刀和機(jī)械輔助組合結(jié)構(gòu)共同完成，其中風(fēng)刀為壓縮空氣快速噴射通過板料縫隙將板料分開，機(jī)械為齒狀輔助抬高，根據(jù)不同的形狀還需增加防跑偏等機(jī)構(gòu)。另一種影響較大的設(shè)備為傳輸皮帶，在線首拆垛后，通過皮帶機(jī)傳輸至清洗涂油機(jī)處，再傳輸通過雙料檢測(cè)，最后達(dá)到對(duì)中區(qū)域，整個(gè)過程傳輸3次，目前效果最好的為真空吸附式皮帶機(jī)，因我司設(shè)計(jì)為鋼鋁混合式，考慮到摩擦力、鋼板的通用性等原因，設(shè)備采用原有磁性皮帶。對(duì)于大型零件效果無問題，但小型零件由于皮帶間隙過大，自重過小摩擦力減小的原因，容易出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。 起吊容易變形 板料方面，鋁合金主要有三個(gè)方面問題。第一，有效期：汽車鋁合金主要使用5系、6系鋁合金，有效期6個(gè)月，經(jīng)過中間流轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)，工廠有效期3個(gè)月；第二，清潔度：在流轉(zhuǎn)及現(xiàn)場存放過程，鋁合金表面清潔度要保證，否則容易出現(xiàn)缺陷；第三，防變形：在流轉(zhuǎn)運(yùn)輸過程，頻繁的移動(dòng)容易使鋁板變形，尤其在沖壓線首上料過程，建議使用叉車上料，行車流轉(zhuǎn)容易變形。 鋁合金生產(chǎn)主要工藝方法和鋼板是一致的，但細(xì)節(jié)方面需要特別設(shè)計(jì)，比如回彈量、刀口間隙值、定位孔尺寸等，主要針對(duì)回彈、鋁屑、孔變形等問題。檢測(cè)方法還是采用傳統(tǒng)人工判斷，以眼看、手摸、油石等手段，隨著科技的發(fā)展，視覺或掃描等設(shè)備的不斷完善，相信未來可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。 環(huán)境要求：潔凈度、溫度，這兩部分對(duì)鋁合金生產(chǎn)影響大，其中潔凈度低會(huì)造成外表件凸包的缺陷，目前沖壓車間尤其是設(shè)備內(nèi)部地面要進(jìn)行環(huán)氧地坪或者耐磨地坪，車間其余地方耐磨地坪，邊角部位難以處理的，可以做局部環(huán)氧地坪。車間實(shí)行封閉且微負(fù)壓設(shè)計(jì)，避免外部灰塵進(jìn)入。 鋁屑（上） 油膜（下） 車間物流出入口設(shè)計(jì)在一側(cè)，并設(shè)置快速卷簾門，物料轉(zhuǎn)移使用叉車在外部裝卸，最大限度的保證潔凈度。溫度方面，考慮車間送冷風(fēng)，一方面改善員工作業(yè)環(huán)境，另一方面，保證沖壓生產(chǎn)線封閉內(nèi)部溫度不高于35℃，利于鋁合金表面油膜的保持。 由于經(jīng)驗(yàn)欠缺，我們?cè)谏a(chǎn)線建設(shè)過程發(fā)現(xiàn)了一些問題，雖然及時(shí)改正了，但需特別關(guān)注，在后期項(xiàng)目中予以避免。 自動(dòng)化方面 從節(jié)拍及穩(wěn)定性方面，傳輸設(shè)備優(yōu)先推薦單臂機(jī)械手，其次雙臂機(jī)械手。由于各方面原因，我們選用機(jī)器人，節(jié)拍7～11spm，單臂機(jī)械手可以達(dá)到9～13spm，雙臂機(jī)械手可以達(dá)到10～15spm，還有一些更加優(yōu)秀的，根據(jù)自己的規(guī)劃產(chǎn)量及投入資金選擇。拆垛分張要充分考慮板料形狀、尺寸，做好防跑偏、分張效果等方面的驗(yàn)證，保證分張的效果，建議氣刀和機(jī)械組合使用；皮帶機(jī)強(qiáng)烈要求帶真空吸附式皮帶，鋼鋁通用性好，傳輸穩(wěn)定。 毛刺引起的開裂 壓力機(jī)方面 壓力機(jī)首選伺服壓機(jī)，國產(chǎn)伺服壓機(jī)的表現(xiàn)也在提升，電機(jī)型號(hào)和布置方式要重點(diǎn)考慮維修方便性和可靠性。隨著氮?dú)飧自谀＞呱系钠毡槭褂?，后續(xù)壓機(jī)噸位要適當(dāng)提高，建議主機(jī)廠主流較大車型1300噸（或1250噸）。隨著各種車型外觀的復(fù)雜化，沖壓工序在增加，五序?yàn)樽钌倥渲?，建議整線噸位配置2500+1300×3。研配壓機(jī)和試模壓機(jī)之間，推薦試模壓機(jī)，因?yàn)殇X合金模具在調(diào)試期間對(duì)機(jī)床的需求多，如果選擇研配壓機(jī)，需要占用主線資源配合研修模具，正式生產(chǎn)過程鋁合金對(duì)模具的要求也高于鋼板，試模壓機(jī)更適合。如果最后選擇研配壓機(jī)，噸位建議不低于350噸，配備慢速回程功能，以適應(yīng)氮?dú)飧椎姆磸椓?duì)機(jī)床的影響。 返修設(shè)備 鋁合金板的返修率高于鋼板，返修過程會(huì)產(chǎn)生大量鋁粉，屬于易爆危險(xiǎn)區(qū)域，所以需要專業(yè)的除塵設(shè)備，建議選擇濕式除塵設(shè)備，并做好安全、環(huán)評(píng)等的設(shè)計(jì)。 傳感器 隨著自動(dòng)化程度的提高，各種傳感器的應(yīng)用也在擴(kuò)大，例如溫度傳感器、距離傳感器、雙料檢測(cè)傳感器、重量傳感器等，其中雙料傳感器為自動(dòng)化拆垛、傳輸、端拾器等過程和部件上使用，因?yàn)殇X板與鋼板的不同，需要采用適合鋁板的雙料檢測(cè)探頭，建議通過式雙料檢測(cè)和接觸式雙料檢測(cè)配合使用，提高雙料檢測(cè)的準(zhǔn)確性；溫度傳感器主要應(yīng)用在壓力機(jī)主傳動(dòng)關(guān)鍵部位，例如軸承、銅套、主軸等，通過溫度監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部位的狀態(tài)；距離傳感器應(yīng)用在接近開關(guān)、末料檢測(cè)等方面，針對(duì)傳感器的型號(hào)和適用范圍，選擇合適的傳感器，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 以上基于鋁合金的特殊性做了相關(guān)注意事項(xiàng)的提醒，下面從客戶使用者的角度，提一個(gè)建議。 地坑為沖壓線附屬的一部分，通常布置液壓站、儲(chǔ)能電機(jī)（伺服壓機(jī)）、廢料輸送線等，也是壓力機(jī)底部維修的重點(diǎn)活動(dòng)范圍。地坑設(shè)計(jì)時(shí)一要考慮設(shè)備的布置，二要考慮各種設(shè)備維修的方便性，這也是設(shè)計(jì)工程師容易忽略的一點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中未考慮設(shè)備的維修，地坑設(shè)備布置緊湊，維修通道狹窄，作業(yè)困難，且未預(yù)留起吊口，給后期的維修帶來極大的不便。這一點(diǎn)廣汽菲克長沙工廠值得學(xué)習(xí)，地坑寬度為普通工廠的兩倍，設(shè)備布置整齊，維修通道順暢，敞亮大氣。 伺服曲線 鋁合金生產(chǎn)，也沒有傳說中那么神秘和困難，提前針對(duì)鋁合金的特殊性做好設(shè)計(jì)，過程認(rèn)真核對(duì)，同樣可以建設(shè)一條高效的生產(chǎn)線！失誤并不可怕，只要及時(shí)改正，吸取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，鋁合金沖壓生產(chǎn)線將越來越成功。
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