沖壓開卷線堆垛工藝的分析與優(yōu)化

文/王昌·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

好的汽車從沖壓開始，而沖壓的首個工藝是開卷落料，其工藝過程是將鋼卷經(jīng)過展開、清洗、校直、切割和堆垛等加工成鋼板料垛，在生產(chǎn)過程中有鋼板變形、劃傷、坑包和臟污等質(zhì)量問題，其中鋼板的變形問題較為突出，針對此類問題，本文對堆垛工藝進行分析，提出了技術(shù)和管理兩方面的改進方法，經(jīng)過實際驗證，有效地消除了鋼板拍打變形的問題。

近年來，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，車型的推出周期不斷縮短，生產(chǎn)節(jié)拍不斷加快，對整車制造企業(yè)形成了巨大的技術(shù)壓力，特別是開卷落料線，它是汽車生產(chǎn)的第一步工藝，生產(chǎn)出來的板料質(zhì)量決定了后續(xù)生產(chǎn)是否能有序進行。在此背景下，提高落料線的制件質(zhì)量是提高競爭力的最關鍵因素。

一汽-大眾開卷落料線引進的是德國舒勒自動化的技術(shù)，于2013 年建成投產(chǎn)，適用于鋼卷和鋁卷的開平校直，能生產(chǎn)矩形、梯形、平行四邊形和帶形狀的板料，并進行自動堆垛。生產(chǎn)的制件尺寸覆蓋范圍非常廣：厚度范圍是0.5 ～2.5mm，長度范圍為300 ～4100mm，寬度600 ～2100mm，制件堆垛最高500mm，單料垛最大23t，目前主流家庭用汽車的成形板件的生產(chǎn)都能滿足。

問題的產(chǎn)生

本課題來源于Schuler 開卷落料線的堆垛區(qū)域。Schuler 落料線有4 個相同的堆垛工位，實現(xiàn)無縫切換的連續(xù)堆垛生產(chǎn)。每個堆垛工位有伺服控制的8 個擋塊單元，每兩個單元位于同一邊，8 個單元實現(xiàn)四邊的定位，每個單元都有水平面X、Y 兩個方向的定位。其中4 個擋塊用于基準的定位，另外四個帶有氣缸拍打功能，在堆垛過程中促使制件堆垛整齊。擋塊的使用數(shù)量根據(jù)實際工況選擇，但前提是要保證制件的堆垛要整齊，既要鋼板堆垛整齊沒有錯層，還要保證沒有鋼板變形等質(zhì)量問題。生產(chǎn)過程中，根據(jù)板料的尺寸大小和形狀，選擇單料垛模式或者雙料垛模式，如圖1 所示。

圖1 單工位堆垛和多工位堆垛方式

在堆垛過程中，鋼板通過電磁力吸附在傳輸皮帶下方，到達預先設定好的位置后，電磁鐵斷開磁性，鋼板受重力落下，落下過程分為平拋運動和垂直落體運動(根據(jù)生產(chǎn)工藝要求可實現(xiàn)這兩種落下動作)，鋼板由于面積較大，飄落過程無序，所以存在參差不齊的現(xiàn)象，堆垛存在錯層現(xiàn)象，為此設備設計氣缸對鋼板側(cè)面進行拍打，目的使板料堆垛整齊。根據(jù)生產(chǎn)速度設定動作頻率，一般是每1 ～3 張板料拍打一次，如圖2 所示。

圖2 根據(jù)生產(chǎn)速度設定動作頻率

拍打器(圖3)拍打能夠避免板料堆垛錯層，由于拍打位置是鋼板的側(cè)面，鋼板的厚度較薄(1mm 左右)拍打會造成鋼板側(cè)面變形，鋼板的變形長期會影響沖壓拉延模具的表面光潔度，影響沖壓成形工藝，從而影響沖壓零件的產(chǎn)品質(zhì)量。如何優(yōu)化拍打?qū)е碌匿摪遄冃?，是本次課題的目的。

圖3 拍打器位置及動作示意

原因分析

經(jīng)過對拍打氣缸控制壓力、板料的厚度、拍打氣缸的動作行程等可能造成板料變形的因素進行測試，發(fā)現(xiàn)以下三個因素會造成板料邊緣變形：

⑴拍打的氣缸控制氣壓大小。設備低壓空氣的供給壓力范圍是0 ～7.5bar，我們以0.2bar 為跨度標尺進行測試，當氣壓低于1.8bar 時，拍打器氣缸推力過小，拍打氣缸無動作，當大于5.2bar 時，氣缸推力過大，厚度小于1.2mm 板料邊緣都會產(chǎn)生變形，Schuler圖紙要求的拍打器壓力值2～5bar，目前實際生產(chǎn)使用的是5bar。

⑵板料的厚度。一汽-大眾某分廠沖壓車間現(xiàn)場生產(chǎn)的板料厚度范圍比較廣，最薄的板料達0.55mm，最厚的板料達2mm，針對所有厚度的板料進行測試，發(fā)現(xiàn)厚度小于0.9mm 的板料，使用4.6bar以上的壓力都會產(chǎn)生變形。

⑶拍打氣缸的動作行程。拍打氣缸的行程主要是由擋塊與鋼板邊緣的距離決定，擋塊如果緊貼板料，氣缸受壓力曲線限制，拍打瞬間的壓力不足；擋塊距離板料較遠，在氣缸的全行程末端，由于受到阻尼環(huán)的影響，也會造成拍打力不足，拍打力不足會導致板料的傾斜錯層，同時由于錯層，拍打單張板料也會造成鋼板變形。圖4 為拍打不到位，板料邊緣參差不齊。圖5 為距離過小，板料變形甚至傾斜。

圖4 板料邊緣參差不齊

圖5 板料變形甚至傾斜

綜上所述：⑴拍打器行程大小的設置不合理導致變形；⑵薄板料使用較小的拍打力也容易變形；⑶使用較高的拍打氣壓也導致變形，其中的核心是拍打氣缸，找出應對不同板料的氣缸最佳的控制壓力和有效行程，是解決制件板料邊緣變形的根本途徑。

研究氣缸性能參數(shù)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場使用的氣缸最大行程為100mm，隨著行程的增加，負載力會隨行程的增加而下降。生產(chǎn)現(xiàn)場很多產(chǎn)品參數(shù)里的擋塊行程很多小于20mm 或者大于80mm，這都不是擋塊動作的最佳負載行程。要想解決現(xiàn)場板料變形問題，需要大量的現(xiàn)場測試，在氣缸的100mm 行程里面找出最優(yōu)段的負載力、行程和最佳行程范圍的控制氣壓壓力。

措施實施

針對板料厚度和擋塊行程設定問題，行程的設定要滿足板料能落到擋塊之間，而且拍打要整齊，采用分區(qū)間測試的方法，現(xiàn)場生產(chǎn)的板料厚度最小的0.5mm，最大的達到2mm，采用0.25mm 的間距進行測試。針對氣缸的控制壓力和板料厚度，根據(jù)現(xiàn)場的低壓空氣壓力，在2 ～5bar 之間以0.5bar 為區(qū)間進行測試。

經(jīng)過測試，得到不同厚度制件的擋塊最佳行程：0.5 ～2mm 板料的最佳行程應該設置在20 ～40mm之間，見表1；不同厚度的制件對應的氣缸控制壓力選擇：0.5 ～2mm 板料的最佳控制氣壓應該在2.5 ～4bar 之間，見表2，同時改造原有設備的氣路，增加比例閥組，增加控制程序，將固定的拍打氣壓優(yōu)化成根據(jù)不同零件自動調(diào)節(jié)自適應的拍打氣壓。

表1 0.5 ～2mm 板料的最佳行程

表2 0.5 ～2mm 板料的最佳控制氣壓

結(jié)束語

根據(jù)板料的厚度、擋塊的行程和拍打器控制壓力的測試，形成數(shù)據(jù)設定表，見表3。通過對開卷落料線出現(xiàn)鋼板邊緣變形問題的分析測試，優(yōu)化了原廠寬泛的圖紙標準，得到了擋塊的最佳工作行程和拍打氣壓，通過增加硬件和優(yōu)化軟件，實現(xiàn)了拍打行程的最優(yōu)和拍打氣壓的自適應控制，在同類型生產(chǎn)線有較好的推廣意義。通過擋塊行程和氣缸控制壓力設置規(guī)范化，消除了落料線堆垛參數(shù)設置不合理導致的鋼板變形的問題，使產(chǎn)品質(zhì)量得到了進一步的優(yōu)化和保證。

表3 擋塊行程的參數(shù)設定