汽車沖壓在線板料清洗機(jī)設(shè)計(jì)分析

文/黃玉敏，鐘劍，劉志強(qiáng)，黃維·廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司

汽車沖壓在線板料清洗機(jī)設(shè)計(jì)分析

文/黃玉敏，鐘劍，劉志強(qiáng)，黃維·廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司

近年來隨著汽車成為大眾消費(fèi)品，促使汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，日趨激烈的市場競爭環(huán)境，導(dǎo)致整車廠對汽車零部件質(zhì)量水平要求越來越高，特別是對汽車車身覆蓋件面品質(zhì)量要求更高，需嚴(yán)格控制表面異物不良。

板料通過在沖壓生產(chǎn)線的拉延、切邊、修邊、沖孔、整形等工序，形成汽車車身覆蓋件。為了降低表面異物不良，板料沖壓前需配備1臺板料清洗機(jī)對板料表面進(jìn)行清洗，去除板料上的鐵屑、油污、膠絲、積塵等，保證板料表面清潔度及油膜均勻性，有效降低沖壓后的表面異物不良；為保證板料的表面清潔度及油膜均勻性，清洗機(jī)在設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)論證分析，建立數(shù)學(xué)計(jì)算模型，以達(dá)到控制清潔度及油膜均勻性的要求。

沖壓零件面品質(zhì)量介紹

沖壓零件面品質(zhì)量主要是針對客戶可直接觀察到的外觀面和準(zhǔn)外觀面所設(shè)定的品質(zhì)要求，它涉及的范圍非常廣泛，包括了凸點(diǎn)、凹點(diǎn)、凸凹點(diǎn)、壓痕、波浪、變形、毛刺等。其中，對穩(wěn)定生產(chǎn)主機(jī)廠沖壓零件，凸凹點(diǎn)、壓痕占到面品質(zhì)量不良的98%以上，凸凹點(diǎn)、壓痕同為異物造成的品質(zhì)不良，將其統(tǒng)稱為“異物不良”。

“異物不良”產(chǎn)生原因

“異物不良”是板件在拉延過程中，有異物進(jìn)入模具表面，導(dǎo)致沖壓件表面產(chǎn)生了凸凹點(diǎn)或者壓痕。當(dāng)異物直徑為25μm時，就可以導(dǎo)致一個凸凹點(diǎn)的發(fā)生，同時相對于異物的直徑，板件的凸凹點(diǎn)范圍將至少擴(kuò)大3倍。沖壓異物不良產(chǎn)生的原因如圖1所示。

板件異物的主要來源有模具拉延過程脫落的鋅粉、模具切邊時飛濺的鐵屑、材料落料時的毛刺/廢屑、設(shè)備和模具的（油）污物、積塵、膠絲以及材料自身攜帶或存放過程中進(jìn)入的粉塵等。沖壓異物放大20倍圖如圖2所示。

在線板料清洗機(jī)

汽車沖壓生產(chǎn)線由多臺壓力機(jī)、自動化設(shè)備（壓機(jī)間搬運(yùn)機(jī)械手、上下料機(jī)構(gòu)等）、在線清洗機(jī)等組成，通過自動化總線集成，整合成自動化沖壓生產(chǎn)線，滿足高效率、高質(zhì)量生產(chǎn)要求。沖壓生產(chǎn)線布局圖如圖3所示，其中在線清洗機(jī)是自動化沖壓生產(chǎn)線第1臺設(shè)備，目的是板料在進(jìn)入壓力機(jī)前清潔板料表面，并保證板料保留一層均勻的油膜，對板料在首臺壓力機(jī)起到良好的拉延成形效果，降低異物不良的產(chǎn)生。

清洗機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

圖1 沖壓異物不良產(chǎn)生的原因

圖2 沖壓異物放大20倍圖

圖3 沖壓生產(chǎn)線布局圖

以下分析資料中對兩臺不同清洗機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)校核及實(shí)際清洗效果對比，兩臺清洗機(jī)分別命名為“清洗機(jī)1”、“清洗機(jī)2”。清洗機(jī)由主體結(jié)構(gòu)、清洗輥、驅(qū)動電機(jī)、油箱、過濾單元、移動拖鏈等組成。清洗機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)由清洗輥（夾送輥、刷輥、擠干輥）、殼體、支架、導(dǎo)向板、油管及噴孔組成，如圖4所示。

清洗機(jī)清洗循環(huán)過程（圖5）為：凈油箱存儲→油泵出油→過濾器過濾→噴淋清洗→臟油箱收集→濾網(wǎng)過濾→凈油箱存儲。

沖壓異物不良率

圖4 清洗機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)截面圖

圖5 清洗循環(huán)簡圖

表1 清洗機(jī)1和清洗機(jī)2在1～6月麻點(diǎn)率對比表

圖6 異物不良率推移

通過理論模型計(jì)算及實(shí)際測試數(shù)據(jù)對比，不同設(shè)計(jì)的清洗機(jī)降低異物不良率效果也不同，以下是兩類清洗機(jī)的麻點(diǎn)率對比（調(diào)研數(shù)據(jù)），表1為清洗機(jī)1和清洗機(jī)2在1～6月麻點(diǎn)率對比表。通過采用符合潔凈度及油膜厚度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的清洗機(jī)可以降低異物不良率，從而降低沖壓產(chǎn)生的異物不良，保證沖壓品質(zhì)，如圖6、7所示；清洗機(jī)2的沖壓異物不良率比清洗機(jī)1低，降低制造成本，提高生產(chǎn)效益；使用清洗機(jī)2的平均麻點(diǎn)率比清洗機(jī)1降低4.81%，改善效果明顯；經(jīng)濟(jì)效益單件節(jié)省維修費(fèi)用為16.66元，年產(chǎn)20萬臺的工廠整年可節(jié)省費(fèi)用為320.5萬，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)論

⑴板料清洗機(jī)從設(shè)計(jì)上就考慮對板料清洗效果，運(yùn)用理論分析與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，為清洗機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

⑵板料清洗機(jī)作為沖壓線的第1道工序，起到非常關(guān)鍵的作用，保證板料干凈，并且在板料表面均勻涂一層油膜，使板料在沖壓拉延工序更好地成形。

⑶通過清洗機(jī)設(shè)計(jì)分析，對設(shè)備選型導(dǎo)入、制造工藝、使用效果給予理論支持，充分發(fā)揮設(shè)備的使用性能，有效降低沖壓異物不良率，從而有效降低異物不良。

圖7 平均異物不良率對比

⑷清洗機(jī)在設(shè)計(jì)階段充分論證，提高清洗機(jī)設(shè)備制造質(zhì)量，用戶得到更好的體驗(yàn)，提高設(shè)備優(yōu)越性。

⑸深入研究板料油膜的均勻性形成機(jī)制及原理，為清洗機(jī)清洗能力研究提供科學(xué)的方法。

⑹采用符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的清洗機(jī)，沖壓件異物不良顯著降低，大幅度降低不良產(chǎn)生，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

黃玉敏，技術(shù)員，助理工程師，主要從事汽車沖壓工廠生產(chǎn)設(shè)備導(dǎo)入規(guī)劃工作，主持完成了沖壓壓力機(jī)、自動化、清洗機(jī)、研配機(jī)等設(shè)備的導(dǎo)入工作，2016年獲得廣汽乘用車科技創(chuàng)新先進(jìn)個人獎。