汽车整车制造冲压生产工艺流程简析
2022-03-24袁凯凯
袁凯凯
(浙江吉润汽车有限公司,浙江 宁波 315800)
通常汽车整车制造基地的冲压厂需配置较大规模的设备。目前新建设的基地一般拉延工序均需具备20000kN 的能力,这是因为汽车侧围面积较大,拉延深度较深,在小面积小吨位的冲床上根本无法生产。
冲压件的生产流程首先从材料的管控开始,来料后会先简单对材料进行检查,然后对材料进行摆剪或落料。当生产计划需要时将准备好的落料件送往生产线的拆垛台,然后经过清洗机清洗、涂油机喷洒油雾,就可进入模具冲压了。经过4 序模具冲压后,进入检验环节,不合格的零件进行返修,合格的零件入库。
1 材料材质与落料
1.1 钢板材料材质种类
钢板的材质有很多种,比较常见的有冷轧低碳钢,高强度钢、镀锌板、铝合金板、碳纤维材料。
冷轧低碳钢用的较为普遍,分为DC01~DC07,数值越高,钢板的延展性能越好,越适用于深拉延,比如侧围、后地板、车门内板等零件的材料。
高强度钢根据元素结构不同可分为很多种,比如无间隙原子高强度钢、烘烤硬化钢、双相钢、碳素结构钢。
无间隙原子高强度钢在超低碳钢中加入一定量的磷,利用磷的固溶强化作用提高钢的强度,由于钢中元素的固溶强化和无间隙原子的微观结构,这种钢既具有高强度,又具有非常好的冷成形性能,通常用来制作需要深冲压的复杂部件。例如FE 车型左右后纵梁本体、FE 左右后车门外板上加强板、FE-1 后围外板。
烘烤硬化钢(BH 钢)是指采用特定的化学成分和生产工艺使钢板中固溶一定C、N 原子,钢板在交货状态下具有较低屈服强度,冲压成形后,进行涂漆烘烤时屈服强度增加一定值的一种新型高效汽车用钢。BH 钢可以提高汽车外板的抗凹陷性,同时又具有良好的成形性能。例如FE 车型左右翼子板、四门外板。
镀锌板是钢板表面镀一层锌,可以起到更好的防锈效果,一般外覆盖件和重要的结构件用的较多,但是价格也会稍微增加。
碳纤维材料由于加工工艺十分复杂,所以价格十分昂贵。当然它的性能也是极好的,但是一般是跑车才能有机会使用到这种材料。
1.2 摆剪落料生产方式
原材料的存取并非是一张张的料片进行存取,而是一卷卷的卷料进行存储,如图1 所示。
图1 卷料存储
当需要剪切材料时,将卷料放入生产线,使用设备将卷料展开,如图2 所示。在生产线的前方会有一个很长很深的坑,让材料反方向自然下坠,这样是为了矫正材料在卷料保持时所持有的弯曲惯性。如果材料作为外板件材料,那么首先会经过清洗机(图3),然后再进行摆剪或是通过模具落料,最后在线尾堆垛。
图2 开卷
图3 清洗
生产出来的材料形状并不统一,有正方形,有多种尺寸的长方形,一般是靠摆剪完成。异形板料则一般通过模具落料完成,如图4、图5 所示。
图4 模具落料
图5 材料堆垛
由于整车厂生产任务较重,摆剪落料线可能会搬迁到材料厂家进行落料生产,由材料厂家负责将完成的摆剪落料件送往整车冲压厂。
2 冲压件主要生产流程
冲压件生产流程主要包含材料到货统计、线首单元准备、模具冲压成形、零件检验及返修几方面。
2.1 材料到货统计
摆剪落料后的钢板材料从厂家送到整车冲压厂后,首先进行卸货管理,统一由生产物流部材料收货员进行统计确认到货数量,冲压厂内部则另外有一人进行材料使用统计。先送来的材料先安排生产,后送来的材料后安排生产。在材料上方放一块标识牌,如图6 所示,绿色标识牌(写有“出库”)表示先使用该包材料,黄色标识牌(写有“待出库”)表示暂不使用该包材料,做到先进先出管理。
图6 材料标识牌
2.2 线首单元准备
当生产计划下达时,将材料吊往拆垛台,然后进行定位、拆包。当线首端拾器在抓取1 号拆垛台上的零件时,2 号拆垛台属于准备状态,先将2 号拆垛台开出,进行材料更换准备,再将2 号拆垛台开进去,完成材料切换。当1 号拆垛台上的材料用完后,只要操作机器人将端拾器转个180°方向,即可抓取2 号拆垛台上的材料,效率高,浪费时间少,如图7 所示。
图7 线首拆垛台
材料被抓取到皮带机上后,会被送往清洗机和涂油机,如图8、9 所示。
图8 清洗机和涂油机
图9 线首皮带输送机
清洗机的主要作用是清洗材料。我们知道汽车的外覆盖件表面都是光滑的,所以确保材料表面的清洁度尤为重要,不然冲压件表面会出现坑包,导致返修甚至报废。外板件材料一定要经过清洗机,但是内板件材料就不需要经过清洗机。
涂油机的作用是在材料表面喷上一层油膜,可以起到润滑、冷却的作用。内板件的拉延程度往往都是较深的,所以需要喷油膜进行润滑,而部分外板件由于某些位置拉延也较深,所以部分外板件也需要涂油。所以是否涂油,由零件质量情况而定,没有内外板之分。
2.3 模具冲压成形
经过清洗机和涂油机后,零件会被机器人抓取到模具上,如图10 所示,进行第一次冲压,从而形成一个拉延件,初具零件形状规模,然后再被机器人抓取到下一个模具上,再次进行冲压,连续3~5 次后,零件完成冲压,成品件完成。
图10 机器人抓取零件
机器人的抓取方式有多种,主要看该生产线的设计,不同的设计可以有不同的机械臂,零件抓取方式也可以不同。有一种6 轴方式是早前一序模具上抓取零件后需旋转180°再放到下一序模具上,而有一种7 轴的方式是早前一序模具上抓取后平移到后一序模具上。后一种方式可以节省不少时间。
一般的冲压生产线至少由4 台压机组成一条完整的生产线,因为一般的冲压件由4 序模具完成冲压工作。然而有些复杂的冲压件设计上会有5 序,所以一条5 台压机的生产线也是必要的。
在模具冲压工作中,一般第一序是拉延,负责完成零件的初步成形;后面几序就是冲孔、整形、翻边、切断等,没有严格的先后顺序之分,按照设计上进行排序,如图11 所示。
图11 侧围四工序图
2.4 零件检验及返修
当生产线上的模具都压完后,零件会被送到线尾的输送台上,输送皮带机两侧有监控员进行检查零件。生产线线尾必定安排有班组的监控员,负责监控零件的质量,100%每个零件进行检查,若零件太大,则可分区域对零件进行检查,确认零件合格后进行装箱入库。若零件出现质量问题,则会安排送到返修工那里进行返修,返修合格后再入库。如图12 所示。
图12 生产线尾零件检查
下面简介返修及其主要工具。榔头主要用于敲打零件,若零件有坑包,则用榔头敲击;而垫铁则是需要垫在敲打零件的反面,防止零件敲打过头。锉刀是用于将不平整的表面锉平整,而后再用抛光机和抛光纸将表面打磨光滑。必要时零件需使用焊机进行焊接,如图13 所示。
图13 返修工具
由于冲压厂换模具比较麻烦,所以每批次生产零件的数量都较大,少则500 件,多则2000 件,所以每批次生产零件必须确保首件为合格件。若整车生产厂家对零件尺寸检查的手段是检具时,每批次零件生产前的首件都要上检具,并填写检验单,当然更先进的厂家会使用蓝光扫描设备对零件表观尺寸进行测量。
3 总结
冲压生产线是整车工厂的第一道工序,做好冲压件的质量管理,才能确保整车的品质保证。只有冲压件的精度合格,焊装出的车身精度才能合格,总装的装配精度才能达标,所以冲压就是整车品质保证的根源。想要做好冲压厂的管理,想要做好冲压件的品质保证,就要做好冲压厂工作中的每一序工作,包括材料、生产、检查、返修等等。所以必须要做到精益生产,精益求精。