小型沖壓件全流程自動化生產模式探究

文/殷昭陽·格力電器（石家莊）有限公司

殷昭陽 工程師，主要從事鈑金模具管理和精益改善工作，主持完成的《格力D-CTFP 質量模式在空調鈑金組件質量控制方面的研究》獲得河北省質量協會質量技術二等獎，曾獲得2020 年度格力電器集團先進個人，擁有3 項專利。

目前，隨著家電行業的不斷發展，鈑金沖壓件自動化生產已日趨廣泛，但由于零件較小、生產計劃量大、要求精度高等因素的影響，部分鈑金沖壓件仍舊無法利用全流程自動化生產模式提產增效，同時在生產中也存在著庫存浪費、加工浪費以及人員浪費，是眾多企業著重想解決的問題。針對此情況，項目組結合生產實際，從零件本身結構入手，針對上述體積較小的鈑金沖壓件進行技術突破，解決了其全流程自動化生產難以實現的難題。本文以空調器接地片組件為例，介紹了小型鈑金沖壓件全流程自動化生產模式的研究與應用。

空調器接地片組件及落后生產模式

接地片組件介紹

空調器接地片組件由1 個接地片、3 個六角鉚接螺母、1 個螺釘組合件、1 個標示通過鉚接、預裝而成，如圖1、圖2、圖3 所示，接地片組件作為空調外機中重要組成部分，其主要應用于空調器接線板電器件的固定，是空調器使用中安全系統重要且必要的組成構件，該組件質量要求極高，不允許存在漏鉚、螺釘不到位等質量異常。

接地片組件落后生產模式介紹

接地片組件生產主要包括三工序：接地片沖壓、接地片鉚接、接地片預裝，由于生產計劃量較大，在落后的生產模式中往往采取沖壓、鉚接、預裝成品依次進行的方式，我司為此需要配備多名員工進行單工序作業(圖4、圖5)，在一定程度上也就造成了加工浪費、庫存浪費、動作浪費等不合理生產浪費現象。

根據現場生產情況分析，落后的生產模式主要體現在以下幾個方面：

⑴人均效率低。小型鈑金沖壓件沖速較高，但沖壓件鉚接、鉚接件預裝生產效率較低，存在不平衡現象，進而使得公司在接地片組件生產上人均效率極低。

⑵加工浪費嚴重。沖壓、鉚接分工序進行存在一定的加工浪費，隨著家電行業的不斷進步，越來越多的企業開始思考如何實現 “模內鉚接”以消除此浪費。

圖1 接地片沖壓件

圖2 接地片鉚接半成品

圖3 接地片預裝組件成品

圖4 接地片沖壓件人工壓鉚現場圖

圖5 接地片鉚接半成品人工預裝現場圖

⑶庫存浪費。多工序生產效率不均衡會造成公司半成品庫存浪費，同時衍生出場地利用率低等問題。

⑷產品不良率高。在接地片組件零件等小型鈑金件生產過程中，人工生產的落后方式會使得漏鉚、漏打釘等問題嚴重，產品一致性難以保證，對后工序生產組裝和產品使用產生極大危害。

小型沖壓件沖壓和鉚接領域自動化生產模式

問題描述

上文剛剛提到，接地片沖壓件沖壓生產效率較高，但沖壓后人工鉚接工序、預裝螺釘工序效率極低。因此，根據生產線平衡分析，在接地片沖壓和鉚接工序上人員配置不合理，存在自動化水平低、浪費嚴重的特點，不符合精益化的生產思想。與此同時，人工壓鉚過程中，需要在利用壓鉚模進行鉚接工序生產，經現場測算發現，接地片鉚接半成品每班次僅有4000件的產出，員工勞動強度大，同時也對于人均效率、工時管控造成了一定困擾。

解決方案

小組對接地片產品結構及下掛零件進行仿真分析，探究其應用“模內鉚接”技術的可行性，最終經過大量的數據驗算，確定可通過開制具有“模內鉚接”的模具(圖6)進行沖壓、鉚接工序的合并，提高半成品的生產效率，以徹底取消人工鉚接作業。另外，模型針對接地片沖壓件、六角螺母參考半成品零件特性進行多工位設計和合理化的空間布局，進一步挖掘新型模具的半成品生產能力。

圖6 接地片模內鉚接模具展示圖

圖7 模內鉚接結構展示圖

與此同時，針對“模內鉚接”技術屬性以及接地片鉚接具體應用，小組創新性地將“模內鉚接”部分(圖7)設計為兩大部分：送釘機構、鉚接機構。由于模具振動等因素，使用接近開關進行檢測的難度較大，項目組在模具入釘口、鉚接部分設置光感應傳感器，同時通過現場調查的方式確定此方案的可實施性，在實際生產中，當傳感器檢測到導槽內六角螺母卡釘、漏釘不連續等“無釘”情況時，向系統反饋模具“無釘狀態”，沖床自動停機，通過自動聯動的方式避免半成品漏工序等質量問題的發生。

小型沖壓件預裝領域自動化生產模式

問題描述

根據工藝要求，鉚接后的接地片需進行螺釘預裝加工，預裝過程中需要對零件進行貼標示、打螺釘處理。接地片零件在實際預裝過程中，由于員工操作等不可控因素，會出現漏打、貼歪等質量異常，同時會造成產品一致性差等質量難題。因此，為避免不合格品流入后工序組裝，還需要再安排專人進行預裝后成品的全檢，這就造成了人員的浪費。傳統意義上的人工生產和全檢，不僅生產效率低，而且質量管控難度大，也難免造成顧客投訴問題。

解決方案

項目組對接地片預裝生產中出現的質量異常進行了現場調研，確定通過自動化生產方式取消人工直接作業，提高產品質量，如圖8 所示。在實際生產過程中，通過多工位機器人配合作業方式解決人工作業問題。與此同時，小組通過巧妙優化機器人程序、機器人感應的方式，解決打螺釘不到位的質量異常；為進一步降低異常率，小組更是利用增加光電檢測、接近開關檢測互存配合的方式用于多次檢測，并對檢測出的異常情況通過報警提醒、聯動檢驗、自動檢出等方式，無需員工處理即可自動將合格品與不合格品進行差異化放置。

現場實施

上文提到，為解決異常較多的問題，小組在利用機器人實現自動化生產的基礎上，通過增加光電檢測、接近開關檢測互存配合的方式實現多次檢測，以實現防錯防呆的效果，如圖9 所示。其工作原理為：當機器人Ⅰ將半成品放置于固定的工裝板中后，機器人Ⅱ進行打螺釘處理，下方高精度光電開關可對穿過特制工裝板鏤空部分的螺釘進行檢測，以判斷螺釘是否已打到位。另外，在機器人Ⅰ將成品自動裝箱的回程路徑上合理地設置檢測點，通過接近開關檢測的方式進行二次檢測。當任一檢測裝置檢出不合格品時，機器人自動將其放入廢品箱。

圖8 接地片自動化預裝項目展示圖

圖9 改進后的預裝防錯防呆結構圖

結束語

在《中國制造2025》的大背景下，制造業企業在轉型升級之路上不斷摸索前行的同時需要學習先進的思想和文化。而小組利用精益化的生產思想，通過引進“模內鉚接”技術、開發模內鉚接模具及裝置、建立自動化項目等方式，結合實用的技術手段解決小型沖壓件生產低效問題。與此同時，通過將自動化技術、檢測技術相結合的方式，提高了檢驗可靠性，有效保證了產品質量，同時也為行業內企業建立全流程自動化生產模式提供借鑒。