小型沖壓件全流程自動(dòng)化生產(chǎn)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(zhì)量模式在空調(diào)鈑金組件質(zhì)量控制方面的研究》獲得河北省質(zhì)量協(xié)會(huì)質(zhì)量技術(shù)二等獎(jiǎng)，曾獲得2020 年度格力電器集團(tuán)先進(jìn)個(gè)人，擁有3 項(xiàng)專利。

目前，隨著家電行業(yè)的不斷發(fā)展，鈑金沖壓件自動(dòng)化生產(chǎn)已日趨廣泛，但由于零件較小、生產(chǎn)計(jì)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(dòng)化生產(chǎn)模式提產(chǎn)增效，同時(shí)在生產(chǎn)中也存在著庫存浪費(fèi)、加工浪費(fèi)以及人員浪費(fèi)，是眾多企業(yè)著重想解決的問題。針對(duì)此情況，項(xiàng)目組結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，從零件本身結(jié)構(gòu)入手，針對(duì)上述體積較小的鈑金沖壓件進(jìn)行技術(shù)突破，解決了其全流程自動(dòng)化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)的難題。本文以空調(diào)器接地片組件為例，介紹了小型鈑金沖壓件全流程自動(dòng)化生產(chǎn)模式的研究與應(yīng)用。

空調(diào)器接地片組件及落后生產(chǎn)模式

接地片組件介紹

空調(diào)器接地片組件由1 個(gè)接地片、3 個(gè)六角鉚接螺母、1 個(gè)螺釘組合件、1 個(gè)標(biāo)示通過鉚接、預(yù)裝而成，如圖1、圖2、圖3 所示，接地片組件作為空調(diào)外機(jī)中重要組成部分，其主要應(yīng)用于空調(diào)器接線板電器件的固定，是空調(diào)器使用中安全系統(tǒng)重要且必要的組成構(gòu)件，該組件質(zhì)量要求極高，不允許存在漏鉚、螺釘不到位等質(zhì)量異常。

接地片組件落后生產(chǎn)模式介紹

接地片組件生產(chǎn)主要包括三工序：接地片沖壓、接地片鉚接、接地片預(yù)裝，由于生產(chǎn)計(jì)劃量較大，在落后的生產(chǎn)模式中往往采取沖壓、鉚接、預(yù)裝成品依次進(jìn)行的方式，我司為此需要配備多名員工進(jìn)行單工序作業(yè)(圖4、圖5)，在一定程度上也就造成了加工浪費(fèi)、庫存浪費(fèi)、動(dòng)作浪費(fèi)等不合理生產(chǎn)浪費(fèi)現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況分析，落后的生產(chǎn)模式主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(yù)裝生產(chǎn)效率較低，存在不平衡現(xiàn)象，進(jìn)而使得公司在接地片組件生產(chǎn)上人均效率極低。

⑵加工浪費(fèi)嚴(yán)重。沖壓、鉚接分工序進(jìn)行存在一定的加工浪費(fèi)，隨著家電行業(yè)的不斷進(jìn)步，越來越多的企業(yè)開始思考如何實(shí)現(xiàn) “模內(nèi)鉚接”以消除此浪費(fèi)。

圖1 接地片沖壓件

圖2 接地片鉚接半成品

圖3 接地片預(yù)裝組件成品

圖4 接地片沖壓件人工壓鉚現(xiàn)場圖

圖5 接地片鉚接半成品人工預(yù)裝現(xiàn)場圖

⑶庫存浪費(fèi)。多工序生產(chǎn)效率不均衡會(huì)造成公司半成品庫存浪費(fèi)，同時(shí)衍生出場地利用率低等問題。

⑷產(chǎn)品不良率高。在接地片組件零件等小型鈑金件生產(chǎn)過程中，人工生產(chǎn)的落后方式會(huì)使得漏鉚、漏打釘?shù)葐栴}嚴(yán)重，產(chǎn)品一致性難以保證，對(duì)后工序生產(chǎn)組裝和產(chǎn)品使用產(chǎn)生極大危害。

小型沖壓件沖壓和鉚接領(lǐng)域自動(dòng)化生產(chǎn)模式

問題描述

上文剛剛提到，接地片沖壓件沖壓生產(chǎn)效率較高，但沖壓后人工鉚接工序、預(yù)裝螺釘工序效率極低。因此，根據(jù)生產(chǎn)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(dòng)化水平低、浪費(fèi)嚴(yán)重的特點(diǎn)，不符合精益化的生產(chǎn)思想。與此同時(shí)，人工壓鉚過程中，需要在利用壓鉚模進(jìn)行鉚接工序生產(chǎn)，經(jīng)現(xiàn)場測算發(fā)現(xiàn)，接地片鉚接半成品每班次僅有4000件的產(chǎn)出，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)也對(duì)于人均效率、工時(shí)管控造成了一定困擾。

解決方案

小組對(duì)接地片產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及下掛零件進(jìn)行仿真分析，探究其應(yīng)用“模內(nèi)鉚接”技術(shù)的可行性，最終經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)驗(yàn)算，確定可通過開制具有“模內(nèi)鉚接”的模具(圖6)進(jìn)行沖壓、鉚接工序的合并，提高半成品的生產(chǎn)效率，以徹底取消人工鉚接作業(yè)。另外，模型針對(duì)接地片沖壓件、六角螺母參考半成品零件特性進(jìn)行多工位設(shè)計(jì)和合理化的空間布局，進(jìn)一步挖掘新型模具的半成品生產(chǎn)能力。

圖6 接地片模內(nèi)鉚接模具展示圖

圖7 模內(nèi)鉚接結(jié)構(gòu)展示圖

與此同時(shí)，針對(duì)“模內(nèi)鉚接”技術(shù)屬性以及接地片鉚接具體應(yīng)用，小組創(chuàng)新性地將“模內(nèi)鉚接”部分(圖7)設(shè)計(jì)為兩大部分：送釘機(jī)構(gòu)、鉚接機(jī)構(gòu)。由于模具振動(dòng)等因素，使用接近開關(guān)進(jìn)行檢測的難度較大，項(xiàng)目組在模具入釘口、鉚接部分設(shè)置光感應(yīng)傳感器，同時(shí)通過現(xiàn)場調(diào)查的方式確定此方案的可實(shí)施性，在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)傳感器檢測到導(dǎo)槽內(nèi)六角螺母卡釘、漏釘不連續(xù)等“無釘”情況時(shí)，向系統(tǒng)反饋模具“無釘狀態(tài)”，沖床自動(dòng)停機(jī)，通過自動(dòng)聯(lián)動(dòng)的方式避免半成品漏工序等質(zhì)量問題的發(fā)生。

小型沖壓件預(yù)裝領(lǐng)域自動(dòng)化生產(chǎn)模式

問題描述

根據(jù)工藝要求，鉚接后的接地片需進(jìn)行螺釘預(yù)裝加工，預(yù)裝過程中需要對(duì)零件進(jìn)行貼標(biāo)示、打螺釘處理。接地片零件在實(shí)際預(yù)裝過程中，由于員工操作等不可控因素，會(huì)出現(xiàn)漏打、貼歪等質(zhì)量異常，同時(shí)會(huì)造成產(chǎn)品一致性差等質(zhì)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(jìn)行預(yù)裝后成品的全檢，這就造成了人員的浪費(fèi)。傳統(tǒng)意義上的人工生產(chǎn)和全檢，不僅生產(chǎn)效率低，而且質(zhì)量管控難度大，也難免造成顧客投訴問題。

解決方案

項(xiàng)目組對(duì)接地片預(yù)裝生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量異常進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研，確定通過自動(dòng)化生產(chǎn)方式取消人工直接作業(yè)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，如圖8 所示。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過多工位機(jī)器人配合作業(yè)方式解決人工作業(yè)問題。與此同時(shí)，小組通過巧妙優(yōu)化機(jī)器人程序、機(jī)器人感應(yīng)的方式，解決打螺釘不到位的質(zhì)量異常；為進(jìn)一步降低異常率，小組更是利用增加光電檢測、接近開關(guān)檢測互存配合的方式用于多次檢測，并對(duì)檢測出的異常情況通過報(bào)警提醒、聯(lián)動(dòng)檢驗(yàn)、自動(dòng)檢出等方式，無需員工處理即可自動(dòng)將合格品與不合格品進(jìn)行差異化放置。

現(xiàn)場實(shí)施

上文提到，為解決異常較多的問題，小組在利用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，通過增加光電檢測、接近開關(guān)檢測互存配合的方式實(shí)現(xiàn)多次檢測，以實(shí)現(xiàn)防錯(cuò)防呆的效果，如圖9 所示。其工作原理為：當(dāng)機(jī)器人Ⅰ將半成品放置于固定的工裝板中后，機(jī)器人Ⅱ進(jìn)行打螺釘處理，下方高精度光電開關(guān)可對(duì)穿過特制工裝板鏤空部分的螺釘進(jìn)行檢測，以判斷螺釘是否已打到位。另外，在機(jī)器人Ⅰ將成品自動(dòng)裝箱的回程路徑上合理地設(shè)置檢測點(diǎn)，通過接近開關(guān)檢測的方式進(jìn)行二次檢測。當(dāng)任一檢測裝置檢出不合格品時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)將其放入廢品箱。

圖8 接地片自動(dòng)化預(yù)裝項(xiàng)目展示圖

圖9 改進(jìn)后的預(yù)裝防錯(cuò)防呆結(jié)構(gòu)圖

結(jié)束語

在《中國制造2025》的大背景下，制造業(yè)企業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)之路上不斷摸索前行的同時(shí)需要學(xué)習(xí)先進(jìn)的思想和文化。而小組利用精益化的生產(chǎn)思想，通過引進(jìn)“模內(nèi)鉚接”技術(shù)、開發(fā)模內(nèi)鉚接模具及裝置、建立自動(dòng)化項(xiàng)目等方式，結(jié)合實(shí)用的技術(shù)手段解決小型沖壓件生產(chǎn)低效問題。與此同時(shí)，通過將自動(dòng)化技術(shù)、檢測技術(shù)相結(jié)合的方式，提高了檢驗(yàn)可靠性，有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也為行業(yè)內(nèi)企業(yè)建立全流程自動(dòng)化生產(chǎn)模式提供借鑒。