鋁板沖壓工藝及裝備的發展

張進

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

鋁板沖壓工藝及裝備的發展

張進

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

近年來，隨著汽車輕量化在世界范圍內迅猛發展，鋁板沖壓自動化技術備受國內外學者關注。本文從鋁板分張、傳輸、清洗、對中以及廢料處理等方面闡述了鋁板沖壓工藝及裝備的發展。

鋁板沖壓；工藝；裝備；發展

研究數據表明，若汽車整備質量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；若滾動阻力減小10%，燃油效率可提高3%。由此可見，伴隨輕量化而來的突出優點就是油耗的顯著降低。尤其汽車車身約占汽車總質量的30%，對空載而言，約70%的油耗是用在車身質量上，因此車身的輕質化對減輕汽車自重、提高整車燃油經濟性至關重要。

鋁板的密度僅為鋼板的1/3，是輕量化非常重要的材料之一，目前在汽車車身的應用呈逐年遞增趨勢，已從前幾年的個別零件發展到如今整車覆蓋件全部為鋁板。由于鋁板材料沒有磁性，密度低，原鋼板沖壓線一般不能適應鋁板的生產要求，需要進行必要的設備改造。下面介紹鋁板沖壓線的設備工藝特點。

1 鋁板料垛的板料分張

鋼板有磁性，一般采用磁性分張器來進行板料分張，原理是通過磁性分張器的強磁來磁化板料，板料磁化后相鄰板料的磁性極性相同，利用同性相斥的原理分開相鄰的板料。鋁板沒有磁性，不能被磁化，因此磁性分張器不能分開鋁板板料，必須采用其他工藝來分張鋁板。

1.1 氣刀分張

目前鋁板分張采用較為普遍的是氣刀分張。高壓壓縮空氣通過氣刀，吹向板料邊緣，強大的氣流把最上面的1～2張板料吹開。壓縮空氣氣壓越高、流量越大，對板料的吹力越大。因此一般使用8～10bar的壓縮空氣。由于壓機線一般使用6bar以下的壓縮空氣，所以需要為氣刀單獨配置空壓機。為保證給氣刀穩定提供高壓大流量壓縮空氣，最好在靠近氣刀的位置設置蓄能器，以滿足氣刀瞬間大流量的要求。蓄能器到氣刀的氣管，必須考慮所有氣刀全部打開時的極限流量需求，否則氣刀使用數量過多時，壓降過大，造成氣刀吹力下降，影響分張效果。為了節省能源，每個氣刀采用獨立的電磁閥進行控制。這樣每一個氣刀是否使用、拆垛過程中何時打開、何時關閉都可以通過參數進行控制。

氣刀的設計也有多種，常見的有長條形和圓形。長條形工作范圍區域大，但能耗增加，壓降大，適合不能精確尋找最上面一張板料的應用，如傳統拆垛小車采用液壓方式升降，小車每10mm左右頂起一次，尋找最上面一張板料的位置，由于拆垛小車不能精確控制最上面一張板料的位置，必須采用工作范圍很寬的長條形氣刀。圓形氣刀作用區域小，氣流集中，氣壓降小，能耗少。但由于作用區域小，要求氣嘴精準對著最上面一張板料上，因此鋁板拆垛小車多使用電機精確控制小車升降。近年來，鋁板一模兩件的模具越來越多，同時，兩張板料的厚度不相同，因此要求升降小車兩邊獨立控制，以使兩張板料位置都能精確控制。

為提高設備利用率，一般鋁板沖壓線都同時具有鋼板生產功能。因此氣刀需要集成到原有的磁性分張器上。氣刀可以集成到分張器內，也可以集成到磁性分張器側面。考慮到集成到磁性分張器內的方案容易精確控制氣嘴和板料的距離，更有利于板料分張，因此推薦采用該方案。氣刀的集成方案如圖1所示。

圖1 氣刀

1.2 機械分張

由于氣刀分張能耗高，且需要獨立的高壓系統，設備投資高，近幾年出現了鋸齒形機械分張裝置，如圖2所示。該裝置的原理是通過鋸齒形撥片把最上面一張板料從料垛中剝離。和氣刀相比，鋸齒分張效率高，能耗小，但由于鋁板材料很軟，鋸齒和板料接觸過程中，容易產生碎屑，造成產品表面質量缺陷。因此，使用機械分張必須配置在線清洗機，以保證板料的清潔度。由于鋸齒機械分張裝置很難和磁性分張器集成在一起，同時對鋼板的分張效果不如磁性分張器，因此鋸齒機械分張裝置應用較少。

圖2 機械分張裝置

1.3 端拾器輔助分張

由于鋁板用量少，一般整車廠都采用直接購買板料的方式，所以板料從開卷到使用時間較長，板與板之間由于長期受擠壓，間隙中的空氣逐步被擠出，板與板之間形成真空，吸附力很大。同時，鋁板潤滑介質由于存放時間長，粘度升高，也增加了板與板之間的粘合力。因此，僅使用氣刀分張鋁板，偶爾還會出現雙料的情況。為減少雙料的發生，必須增加其他輔助分張裝置，比較有效的方法是采用端拾器剝離板料。如圖3所示，端拾器剝離裝置原理為：靠近邊緣的吸盤增加輔助氣缸，板料吸取完成時，中間的吸盤壓住板料，輔助氣缸提升，四周的吸盤把板料提起，第二張板料由于板料剛性，從第1張板料上剝離。由于輔助氣缸方案投資高，同時增加了機器人負載，也可以采用四周吸盤固定，中間吸盤加彈簧的改進方案。

1.4 雙料檢測

為了防止雙料發生損壞設備及模具現象，拆垛需要安裝同時適用鋼板和鋁板厚度檢測的裝置。拆垛一般采用ROLAND的接觸式雙料檢測，對中臺前采用ROLAND非接觸式雙料檢測。由于鋁板成本比較高，當檢測出雙料時，一般不直接拋到雙料廢料箱，而是再拆垛幾次。如果多次拆垛后還不能分開鋁板，設備報警，并提示是否拋料。

1.5 板料導向

由于鋁板重量輕，氣刀吹料時，有時會造成板料位置左右移動，尤其是料片較少時。如果板料移動位置較大，會造成由于吸不上板料或者對中臺無法對中而產生的停機。為了防止板料位置變化，需要增加板料左右定位裝置。由于板料形狀、大小各不相同，最好采用伺服軸控制方式，定位的位置作為模具參數保存，每次換模時自動調整。如果成本限制，也可以采用人工設定板料定位裝置，人工設定柔性高，成本低，但操作不方便，增加人工成本，且設定錯誤可能損壞設備。

圖3 端拾器剝離示意圖

2 鋁板拆垛

拆垛有頂置磁性皮帶方案和機器人/機械手拆垛方案。

2.1 頂置磁性皮帶方案

頂置磁性皮帶拆垛方案一般采用氣缸把板料從拆垛小車吸到磁性皮帶下表面，依靠磁性吸住板料。由于鋁板沒有磁性，無法系在皮帶下方，因而必須把磁性皮帶改為真空磁性皮帶，如圖4所示。該皮帶既有磁性，又有真空功能，利用真空把鋁板系在皮帶下面。

圖4 真空磁性皮帶

磁性皮帶方案適合于老線改造，現有磁性皮帶拆垛方案改造，具有改動量小、停機時間短等優點。但磁性皮帶噪聲大，能耗高。

2.2 機器人/機械手拆垛方案

機器人拆垛方案直接把板料放在皮帶機上，可同時滿足鋼板和鋁板的生產需求。但由于鋁板沒有磁性，同時重量輕，因此和皮帶間的摩擦力小，不能滿足大的皮帶加速度，因此對整線效率有影響。一般來說，普通皮帶整線節拍可以做到8～10SPM，特殊處理增加摩擦力的皮帶可以 做 到12SPM，真空皮帶可以做到15SPM。如圖5所示。

圖5 真空皮帶

3 清洗機、涂油機

鋁板對板料清潔度要求很高，因此必須安裝在線清洗，否則會影響零件表面質量。

鋁板潤滑劑有油基潤滑劑和固體潤滑劑兩種。油基潤滑劑價格相對低廉，與濕式清洗兼容性較好。但油基潤滑劑因液態潤滑油的流動性，易導致分布不均勻,易流失，且環境溫度低可導致潤滑油黏度變化而影響分張效果，環境溫度過低可導致凝結使零件成形時表面產生印痕。

固體潤滑劑摩擦系數小，工藝選擇范圍廣，可直接用于拉延成形；不受環境溫度影響，利于線首拆垛分張；厚度均勻且附著力強不易流失，可更好保護產品表面。但固體潤滑劑價格相對昂貴，不能采用濕式清洗機清洗，只能采用干式清洗機清洗。如圖6所示。

圖6 干式清洗機

由于鋁板和鋼板對潤滑劑有不同的要求，鋁板要求的介質粘度較高，一般除了清洗機外還需要配置一臺涂油機。涂油機對于涂油的厚度及范圍有很好的控制，如圖7所示。濕式清洗機對油膜厚度和清洗油粘度都有限制。

圖7 涂油效果

4 廢料收集

鋁板廢料收集不能和鋼板混線，最好采用獨立的鋁板廢料收集廢料線。對于巷道式地坑，如沒有改造空間，也可考慮采用流體輸送方式。如圖8所示，流體輸送首先要把廢料切成小片狀，然后利用壓縮空氣把廢料向前輸送，在出料口采用負壓原理排除廢料。

圖8 廢料流體傳輸

5 結束語

伴隨著汽車輕量化的推進，鋁板沖壓的應用必將越來越廣泛，鋁板沖壓裝備也將得到快速發展。

[1] 王秀葉，陳朝華.板材沖壓自動拆垛上料技術[J].鍛壓裝備與制造技術，2004，39（6）.

[2] 徐 剛，等.金屬成形（鍛壓）機床的發展趨勢[J].鍛壓裝備與制造技術，2005，40（3）.

[3] 居躍峰.沖壓裝備自動化技術現狀與發展[J].鍛壓裝備與制造技術，2013，48（1）.

Development of stamping process and equipment for aluminum sheet

ZHANG Jin
（Vehicle Manufacturing Engineering,SAIC General Motors Co.,Ltd., Shanghai 201201,China）

The stamping process and equipment for aluminum sheet have been introduced in the text from the aspects of aluminum blanks separating,transportation,washing,centering and scraps handling.

Stamping for aluminum sheet;Stamping equipment

TG376.2

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.024

1672-0121（2016）02-0091-04

2015-09-17；

2015-11-13

張 進（1981-），男，整車制造部沖壓設備規劃主管。E-mail:jin_zhang@saic-gm.com