板管復(fù)合充液成形工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)

王 平，崔禮春，馬國(guó)禮，佘 威，李晶晶

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心 ，安徽 合肥 230001）

汽車(chē)輕量化技術(shù)是通過(guò)使用輕質(zhì)材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到減重目的的一種先進(jìn)制造技術(shù)[1]。輕量化有兩個(gè)主要途徑：一是材料途徑，就是采用鋁合金、鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料等輕質(zhì)材料；二是結(jié)構(gòu)途徑，采用空心變截面、變厚度薄壁件等優(yōu)化結(jié)構(gòu)[2-3]。

在國(guó)家04重大專(zhuān)項(xiàng)中，以江淮汽車(chē)為牽頭單位，聯(lián)合天津鍛壓、北京航空、西安嘉業(yè)、清華大學(xué)等單位，以某車(chē)型鋁合金發(fā)蓋和頂蓋成形的迫切需求為切入點(diǎn)和目標(biāo)，自主開(kāi)發(fā)5000t轎車(chē)車(chē)身鋁合金覆蓋件大噸位充液成形集成單元，掌握面向批量化生產(chǎn)的充液成形裝備，充液-局部沖壓成形模具設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)，以解決鋁合金成形性差、表面易劃傷、成品率低等難題，提高鋁合金覆蓋件整體結(jié)構(gòu)剛度和尺寸精度，降低成本，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)鋁合金汽車(chē)覆蓋件充液成形技術(shù)及設(shè)備的空白，同時(shí)在5000t設(shè)備鋁合金板材充液成形的基礎(chǔ)上拓展管梁件充液成形功能，增加0～250MPa超高壓源、管梁件側(cè)推系統(tǒng)及液壓打孔系統(tǒng)等，具備板管復(fù)合充液成形功能。

1 工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)[4]

1.1 設(shè)計(jì)輸入

輸入條件一般包括；生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)車(chē)型、生產(chǎn)沖壓件種類(lèi)、數(shù)量及大?。ㄔO(shè)備選型依據(jù)）。

1.2 設(shè)計(jì)原則

（1）本車(chē)間為借用現(xiàn)有廠房，按投資最省、工藝內(nèi)容簡(jiǎn)捷化的原則設(shè)計(jì)；

（2）根據(jù)工藝性分析，選擇發(fā)蓋內(nèi)外板、頂蓋及432扭力梁、拖曳臂管梁件進(jìn)行工藝方案規(guī)劃；

（3）產(chǎn)能規(guī)劃按雙班10萬(wàn)件，在產(chǎn)能未達(dá)綱時(shí)可安排更多自制件的生產(chǎn)。

1.3 工藝流程

板類(lèi)件：備料—充液成形—激光切割—下線(xiàn)檢測(cè)—（返修）—入庫(kù)。

管類(lèi)件：備料—彎管—預(yù)成形—充液成形—激光切割—下線(xiàn)檢測(cè)—（返修）—入庫(kù)。

（1）備料。車(chē)間生產(chǎn)使用的原材料為定尺板料或管梁件，由材料廠直接配送。來(lái)料后存放于線(xiàn)首，可直接上線(xiàn)生產(chǎn)。

（2）產(chǎn)能核算。根據(jù)以上設(shè)計(jì)輸入條件進(jìn)行產(chǎn)能核算。生產(chǎn)綱領(lǐng)：60分×16小時(shí)×250天×0.75/1.5分=120000萬(wàn)次（按沖壓線(xiàn)設(shè)備開(kāi)動(dòng)率0.75計(jì)算）。需注意的是，鑒于充液設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍為1次/1.5分鐘，剩余產(chǎn)能可規(guī)劃管梁件的生產(chǎn)。

（3）激光切割。充液成形后的板件及管梁件，激光切割機(jī)進(jìn)行切邊、切孔加工后下線(xiàn)。

（4）下線(xiàn)檢測(cè)-（返修）-入庫(kù)。沖壓件生產(chǎn)下線(xiàn)后經(jīng)檢測(cè)，對(duì)不合格品進(jìn)行返修，最后入庫(kù)。

1.4 設(shè)備選型

（1）彎管機(jī)設(shè)備。用于管梁件的送料、轉(zhuǎn)管、彎管等工藝。

（2）預(yù)成形設(shè)備。用于管梁件的預(yù)先成形，為后序的充液成形提供需要的形狀。

（3）充液成形設(shè)備。用于鋁合金板材及管梁件的充液成形，解決了鋁合金板材成形困難及管梁件多層焊的問(wèn)題，同時(shí)達(dá)到輕量化的目的。

（4）激光切割設(shè)備。用于鋁合金充液成形件及管梁充液成形件的切割加工，解決了充液成形件強(qiáng)度高，難于沖裁，修邊的問(wèn)題。

2 工藝物流圖

本文以JAC國(guó)家04專(zhuān)項(xiàng)為例，通過(guò)板管復(fù)合充液成形平面布置圖1，展示了板管復(fù)合充液成形生產(chǎn)車(chē)間各功能區(qū)的主要規(guī)劃范圍：原材料存放區(qū)，成品件存放區(qū)，彎管區(qū)，預(yù)成形區(qū)，充液成形區(qū)及激光切割區(qū)等。

圖1 充液成形平面布局圖

3 設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)研究

所研制的充液成形設(shè)備集成單元主要由三大部分組成：5000t充液成形主機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人取放件系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)。

3.1 主機(jī)系統(tǒng)研制技術(shù)方案

充液成形設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)主要由主機(jī)、高壓源系統(tǒng)、快速換模機(jī)構(gòu)、集成控制系統(tǒng)等組成，針對(duì)50000kN充液成形設(shè)備主機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，重點(diǎn)通過(guò)以下技術(shù)的研究來(lái)對(duì)充液成形設(shè)備主機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行總體優(yōu)化設(shè)計(jì)，突破關(guān)鍵器件及構(gòu)件設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵問(wèn)題，提高充液成形設(shè)備主機(jī)的整體性能；自主開(kāi)發(fā)多種充液成形設(shè)備主機(jī)輔助裝置，以滿(mǎn)足充液成形工藝批量化生產(chǎn)需求[5-6]。

3.2 大容積高壓源結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

大容積高壓源系統(tǒng)主要由多級(jí)高壓源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置、比例伺服控制系統(tǒng)、成形流體介質(zhì)多級(jí)過(guò)濾回收系統(tǒng)、大流量快速預(yù)充液系統(tǒng)、高壓防護(hù)裝置等組成，主要用來(lái)向充液成形模具或液室中加注流體介質(zhì)并施加可控的液體壓力[7-8]。

多級(jí)高壓源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置低壓端工作介質(zhì)為液壓油，高壓端工作介質(zhì)為易清潔、防腐蝕的流體介質(zhì)，一般有兩個(gè)作用：一是產(chǎn)生目前高壓元件不能夠提供的高壓，如超過(guò)32MPa；二是隔離低壓端的液壓油和高壓端的加壓介質(zhì)。高壓端加壓介質(zhì)為乳化液，目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)的乳化液比例伺服元件需要特制并且性能不可靠，故采用高壓源裝置做為低壓與高壓進(jìn)行能量階梯傳遞的中間環(huán)節(jié)，其主要通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)的變截面液壓缸組成。低壓端加裝大流量插裝閥，高壓端與液室相連，低壓端壓力通過(guò)比例流量插裝閥控制來(lái)滿(mǎn)足充液成形工藝對(duì)超高壓、大流量壓力調(diào)節(jié)的硬件要求。

3.3 液壓系統(tǒng)仿真及研制技術(shù)方案

在集成液壓機(jī)液壓系統(tǒng)與大容積高壓源液壓控制系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)高壓、大流量充液成形過(guò)程工況的分析，對(duì)整機(jī)液壓系統(tǒng)、能量快速穩(wěn)定釋放及其散熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而研制出一種適合對(duì)高壓、大流量流體介質(zhì)進(jìn)行壓力控制、滿(mǎn)足汽車(chē)大型覆蓋件成形及批量化生產(chǎn)的液壓系統(tǒng)[9]。

3.4 實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)充液成形設(shè)備各單元?jiǎng)幼鬟M(jìn)行分解，各元器件合理組合形成充液成形設(shè)備動(dòng)作，融入高壓、大容量充液成形工藝數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)以及基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)等[10]，建立大型充液成形設(shè)備主機(jī)防過(guò)沖破裂預(yù)警系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)液室內(nèi)壓力與沖壓力和壓邊力耦合匹配控制算法，實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)壓力沖壓速度恒定、提高高壓源大滯后環(huán)節(jié)的快速控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制及成形工藝參數(shù)實(shí)時(shí)顯示及修改、存儲(chǔ)技術(shù)、故障診斷技術(shù)的突破，通過(guò)引入profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化。

3.5 系統(tǒng)集成的技術(shù)方案

面向大批量生產(chǎn)的需要，對(duì)設(shè)備主機(jī)、零件定位和機(jī)器人自動(dòng)上下料等裝置需要進(jìn)行集成，以滿(mǎn)足批量化生產(chǎn)中節(jié)拍和穩(wěn)定性生產(chǎn)的需求。通過(guò)引入Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，有機(jī)組合各個(gè)動(dòng)作環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)工作，研究各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系和動(dòng)作時(shí)間的重疊，從而達(dá)到本課題研究的考核指標(biāo)。

4 結(jié)論

到目前為止，3000t及以上噸位充液成形設(shè)備及其生產(chǎn)線(xiàn)核心技術(shù)被國(guó)外掌控。歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家目前已采用充液成形生產(chǎn)線(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)高品質(zhì)車(chē)身覆蓋件。本課題研發(fā)的5000t充液成形機(jī)同步拓展管梁件充液成形功能，可滿(mǎn)足以國(guó)家自主品牌江淮汽車(chē)為代表的轎車(chē)用鋁合金發(fā)罩、頂蓋等覆蓋件及扭力梁、拖曳臂充液成形需求，打破國(guó)外這類(lèi)零部件成形技術(shù)封鎖，促進(jìn)自主汽車(chē)工業(yè)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化及節(jié)能減排目標(biāo)做出貢獻(xiàn)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)鋁合金汽車(chē)覆蓋件及管梁件充液成形技術(shù)及設(shè)備的空白。

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