沖壓自動線車門外板廢料利用工藝分析及應(yīng)用

文/金鍵，寇兆陽，高洪雷，張文波，王項鈞·一汽解放汽車有限公司

針對車門外板材料利用率低的問題，進(jìn)行了車門外板利廢工藝分析。通過從利廢零件確定、利廢零件及車門外板工藝優(yōu)化、廢料在線自動收集、利廢零件調(diào)試等方面的努力，實現(xiàn)了車門外板窗口廢料的再利用，提高了材料利用率、降低了生產(chǎn)成本。該方案創(chuàng)新性的實現(xiàn)了廢料直接用于生產(chǎn)，無需二次剪切，減少了板料劃傷；創(chuàng)新性的實現(xiàn)了廢料的在線收集、自動堆垛，提高了自動化水平和勞動效率。

汽車駕駛室的零件中有大量的金屬沖壓件，沖壓件成本主要包括：材料費、加工費、設(shè)備工裝攤銷費、人工費、運輸費等，其中材料費占沖壓成本的60%以上，因此提高沖壓件材料利用率對于整車降成本意義重大。目前提升沖壓件材料利用率的方式有：優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、優(yōu)化落料排樣、廢料利用，采用成雙、淺拉延、套裁工藝等多種，其中廢料利用是將被切除的完整廢料回收、用于其他零件生產(chǎn)的方式。廢料利用能夠大幅提升材料利用率，尤其是針對自動線大型覆蓋件廢料的回收。本文針對某車型車門外板材料利用率低的現(xiàn)狀，通過采用廢料利用方法，提升材料利用率，降低制造成本。

總體方案

如圖1 所示，某商用車型沖壓件車門外板由于產(chǎn)品造型原因，窗口廢料被切除，零件材料利用率低，僅為47.3%。為提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本，對車門外板窗口廢料進(jìn)行再利用。主要研究內(nèi)容有：(1）利廢零件確定；(2）工藝設(shè)計及優(yōu)化；(3）廢料在線自動收集；(4）利廢零件調(diào)試。

圖1 車門外板拉延件與成品件對比

利廢零件確定

為了選取合適的利廢零件，需要保證車門外板窗口廢料與利廢零件的材料規(guī)格相同，零件尺寸適中。

利廢零件梳理

車門外板的材料牌號為ST13，厚度為1.0mm，窗口的尺寸約為850mm×550mm。根據(jù)窗口的尺寸，從該車型111 種薄板沖壓零件中篩選出6 種尺寸適中的零件。依據(jù)材料利用率最高及工藝性最優(yōu)的原則，初步選擇擬利廢產(chǎn)品為車門加強板，如圖2 所示。

圖2 車門加強板

材料規(guī)格更改

由于圖2 的加強板材料牌號為ST12，厚度為0.9mm，與車門外板窗口廢料的材料規(guī)格不一致，因此需要對車門某加強板進(jìn)行產(chǎn)品更改。通過與設(shè)計部門研討，經(jīng)過CAE 分析驗證，同意車門某加強板材料規(guī)格的變更，即將車門某加強板材料規(guī)格變更為ST13/1.0mm。由此最終確定車門某加強板為最終利廢零件。

工藝設(shè)計和優(yōu)化

廢料收集后，通常需要根據(jù)利廢零件的毛坯尺寸進(jìn)行二次剪切。二次剪切不僅增加了人工工時，也會導(dǎo)致板料劃傷。為解決上述不足，我們創(chuàng)新性的提出了車門外板窗口廢料直接用作利廢零件的毛坯、無需二次剪切的方案。為實現(xiàn)該方案，需要從利廢零件工藝設(shè)計和車門外板工藝優(yōu)化兩方面開展工作。

利廢零件工藝設(shè)計

在對零件的沖壓成形過程進(jìn)行分析時，需不斷對板料輪廓進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到利廢零件成形性最優(yōu)。圖3 為利廢零件的成形性分析結(jié)果，可以看出零件成形性較好，從而確定利廢零件板料輪廓。

圖3 利廢零件成形性分析

車門外板工藝優(yōu)化

(1）拉延模面設(shè)計。

根據(jù)利廢零件板料輪廓，需要對車門外板窗口位置拉延模面進(jìn)行設(shè)計；另外，車門外板拉延后窗口位置的材料變形率不能過大，以免影響利廢零件的拉延穩(wěn)定性，因此需對車門外板窗口位置的變形率進(jìn)行分析。圖4 為車門外板減薄率分析結(jié)果，窗口位置的減薄率在4%以下，即拉延后窗口廢料的厚度約0.96mm，滿足料厚(1±0.09）mm 的公差要求。

圖4 車門外板減薄率分析

(2）廢料切斷工藝設(shè)計。

為保證車門外板生產(chǎn)過程中廢料滑出順暢，原有工藝方案如圖5(a）所示，將工藝補充的廢料切碎，但這種工藝方案使得車門外板窗口廢料被切碎，無法完整的收集。為確保車門外板窗口廢料的完整性，同時保證廢料形狀與利廢零件板料形狀一致，對原有工藝方案進(jìn)行如圖5(b）所示的優(yōu)化。

(3）端拾器吸盤布置。

沖壓自動線利用端拾器上的吸盤實現(xiàn)各序零件的傳遞。如圖6 所示，預(yù)留窗口廢料抓取的位置，保證廢料抓取穩(wěn)定可靠。

廢料在線自動收集

自動線廢料收集方式介紹

沖壓自動線廢料回收方式可分為線側(cè)回收、線尾回收和線內(nèi)回收三種。

線側(cè)回收是指在模具廢料出口增設(shè)皮帶機，廢料由皮帶機傳輸?shù)焦ぷ髋_外，該收集方式的缺點是新制皮帶機的投入成本高、制造周期長，并且需對壓力機安全門改造。線尾回收是指通過設(shè)計專門托料架，采用端拾器抓取廢料到線尾，再進(jìn)行人工收集的方式，該收集方式無法實現(xiàn)自動收集、堆垛。線內(nèi)回收是指在自動線內(nèi)工作臺上放置廢料回收裝置，但該收集方式一般只能實現(xiàn)廢料在線收集，不能實現(xiàn)自動堆垛。

廢料在線收集裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

基于現(xiàn)有廢料收集方式的不足，我們創(chuàng)新性的提出了車門外板窗口廢料的在線收集、自動堆垛的方案，可提高自動化水平和勞動效率，避免人工碼放的板料劃傷問題。

(1）設(shè)計方案。

圖5 車門外板工藝優(yōu)化

圖6 吸盤布置示意

圖7 廢料在線收集裝置

如圖7 所示，該裝置包括料盤本體、零件支撐桿和廢料導(dǎo)向桿。料盤本體用于盛裝廢料，帶有快速定位孔、零件支撐桿夾緊裝置、廢料導(dǎo)向桿安裝孔和廢料導(dǎo)向桿存放區(qū)。零件支撐桿，用于支撐沖壓零件。頂端采用聚氨酯材質(zhì)的支撐塊，與支撐桿螺紋連接，可調(diào)節(jié)高度，以保證支撐塊和零件穩(wěn)固接觸。為保證導(dǎo)向穩(wěn)固、無晃動，零件支撐桿與料盤本體可用螺絲進(jìn)行手動緊固。廢料導(dǎo)向桿，用于保證廢料片準(zhǔn)確滑落到指定位置。桿頂端有斜度，用于導(dǎo)正廢料。廢料導(dǎo)向桿可快速安裝于料盤本體的導(dǎo)向桿孔洞中，也可拆卸置于料盤本體四周的廢料導(dǎo)向桿存放區(qū)。導(dǎo)向桿高度與線首毛坯板料數(shù)量一致，保證自動線線首換料和空工位廢料裝置拆卸同時進(jìn)行，減少不必要的生產(chǎn)停歇。

(2）調(diào)試驗證。

車門外板所在自動生產(chǎn)線為1×2000t+4×1000t 的壓機組合方式，其工序內(nèi)容為“拉延→修邊沖孔→修邊→翻邊→空工位”，因此可將廢料收集裝置安裝于空工位壓機工作臺上。通過現(xiàn)場調(diào)試和批量驗證，實現(xiàn)了車門外板窗口廢料的在線收集、自動堆垛，如圖8 所示。

圖8 廢料收集裝置實物

利廢零件調(diào)試

調(diào)試問題描述

在利廢零件實際調(diào)試過程中，出現(xiàn)圖9 所示的翻邊局部型面超差問題，影響下序裝配。

問題分析及整改

圖9 利廢零件尺寸超差

經(jīng)過分析，由于窗口廢料存在拉延硬化，二次成形后存在翻邊回彈問題，尺寸精度控制困難。因此，可以在原產(chǎn)品上添加圖10 所示的三角筋和豎筋，以控制翻邊回彈，最終調(diào)試出合格零件。

總結(jié)

通過對車門外板窗口廢料的利用，車門外板材料利用率由原來的47.3%提升至50.3%，單車節(jié)約成本18.2 元；若按年生產(chǎn)7 萬輛計算，每年節(jié)約材料成本127.4 萬元。

本文主要在兩個方面提出了創(chuàng)新性方案：(1）針對廢料收集后通常需進(jìn)行二次剪切的不足，本次實現(xiàn)了車門外板廢料直接用于利廢零件生產(chǎn)，降低了人工工時，避免了板料劃傷。(2）針對沖壓專業(yè)內(nèi)廢料收集改造量大、自動化低的不足，本次設(shè)計了一種自動線在線收集裝置，實現(xiàn)了車門外板窗口廢料的在線收集、自動堆垛。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，提高了自動化水平和勞動效率，避免人工碼放的板料劃傷問題。

圖10 利廢零件產(chǎn)品更改