自動化沖壓線鋁板料拆垛分張不良優(yōu)化方法

何 磊，田迎彬，羅 茜

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

0 引 言

汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車輕量化已成為全球汽車發(fā)展的潮流，汽車輕量化技術(shù)的研究已成為未來汽車發(fā)展的必然趨勢。鋁合金材料具有一系列優(yōu)良特性，如比重小、比強(qiáng)度高、良好的成形性能、力學(xué)性能、物理性能以及工藝性能，但由于鋁板料沒有磁性，在自動化伺服沖壓線生產(chǎn)時，會出現(xiàn)線首拆垛分張不良的問題。

1 背景及意義

企業(yè)使用的大型伺服自動化沖壓線，從線首、線中到線尾均為自動化生產(chǎn)，線首通過拆垛機(jī)（見圖1）可實(shí)現(xiàn)自動上料功能，即提取托盤堆垛上的各個料片并輸送至傳送帶，該拆垛機(jī)可同時用于鋼和鋁制料片的拆垛。拆垛機(jī)械手在抓取板料時，需借助分離器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)板料的分離，如圖2 所示。鋼板料可使用磁鐵分張器，利用磁性將板料分離，效果較好，但對于鋁板料，因其沒有磁性，僅能使用噴嘴吹氣分離，分張效果不理想，導(dǎo)致拆垛機(jī)械手同時抓取多張板料，雙料檢測報(bào)警，造成設(shè)備停機(jī)。某車型機(jī)蓋是鋁板料，因板料分張不良3 個月內(nèi)引起總停機(jī)時間為538 min，影響了生產(chǎn)效率，應(yīng)及時解決和改善此問題。

2 問題分析

通過研究和分析發(fā)現(xiàn)，鋁板料利用吹氣分張不理想的原因是鋁板料表面有防銹油且板料平整，鋁板料在堆垛受壓后每張鋁板料間空氣被排擠干凈，板料之間緊密貼合無縫隙，分張器噴嘴吹氣時空氣無法進(jìn)入板料間，導(dǎo)致分張困難。

圖1 拆垛機(jī)

3 優(yōu)化措施

為了解決分張不良的問題，采取了多種措施，控制卷料殘油量、優(yōu)化吸盤抓取形態(tài)、板料壓窩、增加輔助分張裝置等。

3.1 控制板料油量

板料上的油量是影響板料分張的重要因素，板料上油量大則2 張板料間的附著力也較大，拆垛分張器通過吹氣難以將其分開。板料上的油量由2個途徑產(chǎn)生，一是卷料自帶殘油；二是在開卷線落料時，經(jīng)過清洗機(jī)帶上的清洗油。因開卷線使用的是WANDRES 干式清洗機(jī)，不使用清洗油，板料上殘油來源只有卷料自帶一種途徑。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)板料油量在（0.8±0.3）g/m2時較為理想，因此要求供應(yīng)商將板料油量控制在（0.8±0.3）g/m2。每批次生產(chǎn)時，都會通過油膜測厚儀對板料油量進(jìn)行監(jiān)控。

3.2 板料壓窩

經(jīng)分析，通過落料模對板料進(jìn)行壓窩，使每張板料之間增加縫隙，圖3所示為板料壓窩示意圖，使噴嘴吹出的氣流能進(jìn)入板料間，改善分張效果。

圖3 板料壓窩示意圖

3.2.1 整體方案介紹

以某汽車發(fā)動機(jī)蓋為例，在發(fā)動機(jī)蓋落料模上增加壓窩組件，如圖4 所示，壓窩組件由凸模組件、聚氨酯壓料板，下模帶窩鑲件組成。通過落料模對板料進(jìn)行壓窩，增加板料間縫隙，改善分張效果。

圖4 壓窩組件

3.2.2 壓窩形狀和深度

板料需要進(jìn)一步二次成形，深度不能太深，如太深，板料硬化后，拉深成形時易出現(xiàn)開裂等問題，如太淺，分張效果不理想，綜合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的壓窩深度為0.5 mm，直徑為φ8 mm，如圖5所示。

圖5 板料壓窩形狀

3.2.3 壓窩位置

壓窩位置不能隨意選取，需要考慮以下3點(diǎn)。

（1）板料上的壓窩區(qū)域只能在拉深壓料面區(qū)域，不能進(jìn)入拉深工藝補(bǔ)充區(qū)，更不能在成形零件區(qū)域。

（2）壓窩的位置盡可能布置在分張器噴嘴附近，靠近板料卷寬邊緣。

（3）要結(jié)合不同零件落料模共用的情況，考慮不同卷寬的適應(yīng)性。

3.2.4 三維數(shù)模設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案在模具三維數(shù)模上增加壓窩組件，靠近板料邊緣，共設(shè)計(jì)6組，如圖6所示。

3.2.5 加工組裝和調(diào)試

（1）利用數(shù)控機(jī)床根據(jù)三維數(shù)模對上模和下模的零件進(jìn)行加工。

（2）通過機(jī)床根據(jù)凸模直徑對壓料聚氨酯進(jìn)行加工。

（3）將壓窩組件分別安裝在上模和下模，安裝時保證各部件相對位置，保證與設(shè)計(jì)一致，圖7所示為安裝后實(shí)物。

圖6 模具壓窩三維結(jié)構(gòu)

圖7 安裝后模具實(shí)物

3.2.6 開卷線調(diào)試

壓窩組件安裝在模具后，需在開卷線上進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要完成以下工作。

（1）確認(rèn)連續(xù)生產(chǎn)中板料無劃傷等缺陷。

（2）確認(rèn)壓料的穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)壓窩狀態(tài)和深度鎖定模具閉合高度，保證壓窩深度在0.5 mm左右。

（4）小批量試生產(chǎn)，生產(chǎn)100張帶窩板料用于伺服線調(diào)試。

3.2.7 伺服線調(diào)試

使用帶窩板料在伺服線上進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)試，圖8所示為拉深成形后壓窩狀態(tài)，經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證確認(rèn)：①壓窩位置材料流動正常；②帶窩板料和無窩板料成形狀態(tài)一致；③生產(chǎn)時無板料分張不良問題發(fā)生。

圖8 拉深成形后壓窩狀態(tài)

3.3 增加輔助分張裝置

鋁板生產(chǎn)時將其安裝在上料托盤上，通過機(jī)械剮蹭，實(shí)現(xiàn)板料的上下分張，配合側(cè)面噴嘴吹氣，實(shí)現(xiàn)板料分離。同時分張工裝配備的橡膠輪能減小板料與工裝之間的摩擦，避免由于滑動摩擦可能導(dǎo)致的損壞板料、產(chǎn)生鋁屑的情況，在提高生產(chǎn)效率的同時保證成形零件的質(zhì)量。

此裝置工作原理如圖9 所示，鋁板料與裝置滾輪接觸受到擠壓和滾動摩擦力導(dǎo)致向下的變形，該過程中使相鄰板料間產(chǎn)生一定的空隙，同時拆垛吹氣裝置將空氣吹入，減少了板料間真空吸附狀態(tài)的面積。當(dāng)拆垛機(jī)械手抓取上層板料時，端拾器真空吸力遠(yuǎn)大于分層工裝滾輪與上層板料之間的摩擦力，上層板料隨機(jī)械手向上運(yùn)動；而下層板料受到滾輪向下的摩擦力會克服板料間油膜張力而停留，起到分層效果。

圖9 機(jī)械分張工裝原理

該裝置包含帶軸承的橡膠輪、結(jié)構(gòu)鋼板、螺釘?shù)炔考?，結(jié)合井字形托盤的實(shí)際尺寸，采用焊接、切割等工序制作完成。為達(dá)到分層的效果，設(shè)計(jì)2 列橡膠輪，一列4 個，一列5 個，2 列橡膠輪錯位配置。一般情況下，板料堆垛高度不超過400 mm，為充分發(fā)揮機(jī)械分層工裝的作用，工裝總高度設(shè)置為450 mm，如圖10所示。

圖10 機(jī)械分層工裝

工裝制作完成后需上線調(diào)試。一方面檢查拆垛機(jī)械手運(yùn)動過程中各部件是否有干涉、碰撞等情況，尤其是端拾器與分張工裝的干涉，確保生產(chǎn)設(shè)備安全；另一方面檢驗(yàn)確認(rèn)機(jī)械分張工裝的分張效果。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試，機(jī)械分張工裝在機(jī)械手運(yùn)動過程中無干涉，且分張效果良好，圖11 所示為分張工裝在線調(diào)試。

圖11 分張工裝在線調(diào)試

4 生產(chǎn)驗(yàn)證和經(jīng)濟(jì)效益

目前該設(shè)計(jì)方案已正式應(yīng)用于生產(chǎn)中，該方案穩(wěn)定可靠，改善效果明顯，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期，圖12所示為鋁板拆垛。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，3 個月內(nèi)因板料分張不良引起總停機(jī)時間為538 min，由此估算每年可減少生產(chǎn)停機(jī)約36 h，自動化沖壓線設(shè)備費(fèi)用按3.6萬元/h，每年可節(jié)約停機(jī)費(fèi)用約130 萬元。此外該方案可同時解決2 個項(xiàng)目機(jī)蓋的拆垛分張情況，每年可節(jié)約停機(jī)費(fèi)用約260萬元。

圖12 鋁板拆垛

5 結(jié)束語

上述措施已經(jīng)過長時間、多批次、大產(chǎn)量的驗(yàn)證，鋁板料分層效果穩(wěn)定可靠，改善效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益突出，滿足生產(chǎn)需求。