汽車門蓋零件折邊工藝改滾邊工藝的研究與應(yīng)用

萬維

摘 要：介紹了汽車制造行業(yè)的門蓋生產(chǎn)兩種常用包邊工藝-折邊與滾邊，對比了兩種工藝的差異點，創(chuàng)新性地提出了以滾邊工藝完成折邊工藝所制造零件的方法，具體介紹了折改滾的整個實施過程，分析了其中的難點，此方案對于其他需要折改滾的領(lǐng)域具有推廣價值。

關(guān)鍵詞：汽車制造業(yè)；汽車門蓋包邊；折邊工藝；滾邊工藝；折改滾

1 引言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，汽車行業(yè)作為制造業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)，地位尤為重要。

四門兩蓋（左右前車門、后車門，發(fā)動機蓋和行李箱蓋）是汽車車身總成的重要組成部分，它們是汽車車身的外覆蓋件，裝配后要與周圍零件保持均勻的裝配間隙，以達到良好的互換性，同時它們也是汽車可見表面，需要保證美觀度。因此，車身工藝要求門、蓋外表面光滑平整，不能存在凹凸劃痕，還要保證邊緣過渡線圓滑。基于以上要求，四門兩蓋內(nèi)外板之間裝配不能采用焊接工藝，而要選用包邊工藝。

包邊工藝，是一種將沖壓零件外板單件上翻邊或下翻邊壓平后，使零件的內(nèi)、外板連接在一起的裝配工藝。傳統(tǒng)包邊工藝有壓機+上下模具形式，液壓/伺服電機驅(qū)動專機形式，但是以上方式的弊端是柔性較差，只能適用于一種車型，并且制造、維修成本較高。所以伴隨著工業(yè)自動化程度的提高和工業(yè)機器人的廣泛推廣，包邊工藝引入了機器人滾邊。所謂機器人滾邊，就是通過機器人手臂上安裝滾輪來進行滾壓包邊的制造工藝。機器人滾邊的優(yōu)勢在于柔性化較高，適用于幾種車型之間進行切換，最大化提高了設(shè)備的利用率，降低了投資成本。

常見的包邊工藝有圖1平包邊，圖2水滴包邊，圖3厚內(nèi)板包邊。

相比較點焊工藝，包邊工藝有以下優(yōu)勢：

（1）可視且連續(xù)的板材連接技術(shù)，在板材連接處不需要返工；（2）板材連接處的密封性有比較好的保證；（3）保證了原材料防腐蝕的特性（對原材料表面影響較小）；（4）無熱影響，無接縫變化，延伸；（5）可適用多類型的材料；（6）節(jié)拍高，適用于批量化生產(chǎn)。下面將先通過探討兩種工藝的差異角度出發(fā)，闡述為什么要實施折改滾方法。

2 汽車門蓋折邊工藝與設(shè)備

工藝過程：整個折邊過程一般分為三步，首先進行預(yù)折邊，如圖4，將翻邊角度較大的位置翻折為90°；之后進行第一步折邊，如圖5，將翻邊角度由90°折彎至45°；最后第三步終折邊，如圖6，將外板壓平，使得內(nèi)外板平行。

由于折邊過程是零件周圍一圈折邊刀同時工作，因此節(jié)拍非常高，常?？梢赃_到60JPH；同時只要保證胎膜匹配度高、折邊刀位置合適，其折邊后連接處平整度和圓弧平順度也好。

目前常用的折邊設(shè)備如圖7所示，折邊設(shè)備主要由有以下幾部分構(gòu)成，包括：壓料塊、折邊模塊、動力系統(tǒng)、折邊床以及折邊床基座。由圖可見，折邊整套設(shè)備為一體式，而且每套設(shè)備只能對應(yīng)一套設(shè)備，因此柔性度差，成本高且維修困難。

3 汽車門蓋滾邊工藝與設(shè)備

工藝過程：整個滾邊過程一般分為三步，首先進行的第一道滾邊，如圖8，將翻邊角度翻折為60°；之后進行第二道滾邊，如圖9，將翻邊角度由60°折彎至30°；最后終滾邊，如圖10，將外板壓平，使得內(nèi)外板平行。

由于滾邊過程是機器人帶著滾輪沿零件繞一圈工作，每一道滾邊需要完整的走一圈，因此節(jié)拍較低，最高可以達到30JPH；正因為從一個位置滑移到下一個位置，因此與折邊工藝相比，在滾邊零件的翻邊處容易出現(xiàn)波浪或堆料缺陷。

滾邊設(shè)備由3三個主要組成部分：滾邊胎膜、機器人、滾輪系統(tǒng)，機器人和滾輪為標準設(shè)備。滾邊胎膜跟隨零件形狀而變化，由上胎膜和下胎膜作用是完成零件內(nèi)板定位和外板型面支撐，帶滾輪的機器人完成滾邊成型。機器人滾邊通過機器人控制器控制滾輪的運動軌跡和壓力及滾邊的速度等參數(shù)來實現(xiàn)。

4 折改滾分析

綜上所述，我們主要從產(chǎn)能、表面質(zhì)量、投資等幾個方面來綜合評價折邊與滾邊工藝的優(yōu)劣勢以及其適用的生產(chǎn)條件。

某公司配件生產(chǎn)遇到一情況如下：其部分門蓋零件在停產(chǎn)前的批量供應(yīng)是采用折邊工藝進行生產(chǎn)的，由于種種原因，其配件生產(chǎn)時很難恢復(fù)原折邊生產(chǎn)方式，同時考慮到配件生產(chǎn)批量小但種類多的特點，恰好符合上述所分析的滾邊工藝特性，順理成章的采用滾邊工藝來實現(xiàn)其配件。

5 折改滾技術(shù)難點探討

5.1 折邊損耗、滾邊損耗與翻邊高度

內(nèi)外板單件通過滾邊或折邊得到的新的零件稱之為總成零件。在折邊或滾邊工藝中，外板單件零件在包內(nèi)板單件零件前后，其外輪廓大小會發(fā)生變化，一般而言，折邊或滾邊之后，與外板單件輪廓相比，總成輪廓會變小，其變小的量稱之為損耗量，這個損耗并不是零件材料消失了，而是指代輪廓變小了，看上去像是材料消失了。因此，折邊損耗是指外板零件折邊前后長度產(chǎn)生的變化量，滾邊損耗是指外板零件滾邊前后長度產(chǎn)生的變化量。

在汽車零件設(shè)計中，零件是先設(shè)計總成，之后設(shè)計單件，稱之為逆推法。在逆推的過程中，需要考慮滾折邊損耗。一般而言，由于兩種工藝和設(shè)備的條件限制，折邊工藝損耗量大于滾邊工藝損耗量，即折邊損耗大于滾邊損耗。因此，為了得到相同輪廓的總成，采用折邊工藝生產(chǎn)的單件輪廓大于采用滾邊工藝生產(chǎn)的單件輪廓；或者，從另外一個角度講，采用相同的外板單件，滾邊工藝得到的總成輪廓會大于折邊工藝得到的總成輪廓。

外板單件在滾折邊之前的法蘭邊高度稱之為翻邊高度?？紤]到兩種工藝的特性，折邊是由一組折邊刀將外板翻邊直接向內(nèi)進行翻折包住內(nèi)板，而滾邊是由機器人帶動滾輪由一端向另一端逐步向內(nèi)翻折，因此滾邊工藝在零件輪廓有過渡轉(zhuǎn)角的地方，也是滾輪離開的終點處容易產(chǎn)生物料堆積，所以在轉(zhuǎn)角處的翻邊高度值，滾邊工藝的小于折邊工藝的。

上述所說，某公司配件生產(chǎn)情況便是如此，而且規(guī)定，單件狀態(tài)與其批量生產(chǎn)期間相比，不做改變，僅工藝做變更，由折邊改為滾邊，要求得到質(zhì)量合格的零件。

5.2 折改滾質(zhì)量合格的含義

相對于折邊工藝，滾邊工藝所生產(chǎn)的零件在兩個方面可能會發(fā)生變化，一個是輪廓尺寸，由折邊損耗決定，一個是輪廓形狀和零件外表面平順度，由翻邊高度決定。

質(zhì)量合格，意味著折改滾后，零件狀態(tài)（即尺寸和外表面平順度）依然在批量零件要求的質(zhì)保公差范圍之內(nèi)。

5.3 折改滾技術(shù)難點及解決方案

5.3.1 保證折改滾后，零件輪廓尺寸符合公差要求

解決方案出發(fā)點有兩個，理論設(shè)計階段，胎膜和滾輪進行特殊設(shè)計考慮；現(xiàn)場調(diào)試和質(zhì)量優(yōu)化階段，滾邊參數(shù)進行特殊調(diào)校。

（1）滾邊胎膜進行特殊設(shè)計，輪廓盡可能與外板單件翻邊棱線平齊，甚至略小于外板翻邊棱線。在實際設(shè)計胎膜過程中，一方面依據(jù)零件數(shù)模，另一方面由于實際生產(chǎn)中會出現(xiàn)零件狀態(tài)發(fā)生變化而數(shù)模并未隨之更新的情況，因此為了使胎膜狀態(tài)盡可能貼近實際零件狀態(tài)，對零件采用光學掃描方式捕獲其實際型面狀態(tài)，并采用軟件進行擬合得到實際零件輪廓狀態(tài)，然后采取此模擬數(shù)據(jù)修正理論數(shù)模數(shù)據(jù)，從而使得胎模設(shè)計更為科學。（2）滾輪進行特殊設(shè)計，在現(xiàn)場調(diào)試時，第一道滾邊時滾輪型面盡可能與翻邊底部棱線貼齊。（3）在現(xiàn)場調(diào)試時，第一道滾邊時滾輪型面盡可能與翻邊底部棱線貼齊的基礎(chǔ)上，增加滾輪壓力，將輪廓棱線盡可能往里推，以保證輪廓不要外擴，達到將零件外輪廓做小的目的。

5.3.2 保證折改滾后，零件輪廓形狀和零件外表面平順度符合Audit要求

此種問題解決過程主要在與現(xiàn)場調(diào)試與質(zhì)量優(yōu)化過程中，對滾邊工藝的具體方案進行優(yōu)化。

（1）增加滾邊過程中滾輪循環(huán)次數(shù)，減小每次滾邊時的翻轉(zhuǎn)角度，比如正常滾邊每道度數(shù)約為30-45度，可視具體情況減小為15-30度，此種方式代價是降低節(jié)拍。（2）改變滾輪運動方向，常規(guī)滾邊為了節(jié)拍考慮，一般是從一個方向一直滾至另一個方向至結(jié)束，這種方式是堆料產(chǎn)生的原因之一，而一次性滾邊長度越長，越容易導(dǎo)致堆料問題，但對于原本就是滾邊的零件來講屬于可接受范圍，對于折改滾的單件，采用此種方式之后，堆料問題會加重。因此為了減輕堆料問題，將一段長滾邊拆分為多段短滾邊，例如從兩端向中間分兩次進行滾邊，可有效解決此問題，此種方式代價也是會降低節(jié)拍。

6 實例應(yīng)用與總結(jié)

以上折改滾工藝已成功用于某公司配件生產(chǎn)線中，采用折改滾的方式，雖然降低了生產(chǎn)節(jié)拍（由約30JPH降低至15JPH以下），但是降低了生產(chǎn)成本、設(shè)備維修成本，提高了生產(chǎn)線的柔性化程度。

由于配件需求量并不多，因此對生產(chǎn)節(jié)拍要求不高，一般情況下5JPH-10JPH即可滿足實際需求，綜合來看，折改滾的降低節(jié)拍也并不是其弊端，此工藝更改收益遠遠大于損失，值得推廣至后續(xù)更多的折邊零件配件生產(chǎn)供應(yīng)中。

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