汽車沖壓在線板料清洗機設計分析

文/黃玉敏，鐘劍，劉志強，黃維·廣州汽車集團乘用車有限公司

汽車沖壓在線板料清洗機設計分析

文/黃玉敏，鐘劍，劉志強，黃維·廣州汽車集團乘用車有限公司

近年來隨著汽車成為大眾消費品，促使汽車制造業飛速發展，日趨激烈的市場競爭環境，導致整車廠對汽車零部件質量水平要求越來越高，特別是對汽車車身覆蓋件面品質量要求更高，需嚴格控制表面異物不良。

板料通過在沖壓生產線的拉延、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臺板料清洗機對板料表面進行清洗，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，清洗機在設計階段要進行內部結構論證分析，建立數學計算模型，以達到控制清潔度及油膜均勻性的要求。

沖壓零件面品質量介紹

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

“異物不良”產生原因

“異物不良”是板件在拉延過程中，有異物進入模具表面，導致沖壓件表面產生了凸凹點或者壓痕。當異物直徑為25μm時，就可以導致一個凸凹點的發生，同時相對于異物的直徑，板件的凸凹點范圍將至少擴大3倍。沖壓異物不良產生的原因如圖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

汽車沖壓生產線由多臺壓力機、自動化設備（壓機間搬運機械手、上下料機構等）、在線清洗機等組成，通過自動化總線集成，整合成自動化沖壓生產線，滿足高效率、高質量生產要求。沖壓生產線布局圖如圖3所示，其中在線清洗機是自動化沖壓生產線第1臺設備，目的是板料在進入壓力機前清潔板料表面，并保證板料保留一層均勻的油膜，對板料在首臺壓力機起到良好的拉延成形效果，降低異物不良的產生。

清洗機內部結構設計分析

圖1 沖壓異物不良產生的原因

圖2 沖壓異物放大20倍圖

圖3 沖壓生產線布局圖

以下分析資料中對兩臺不同清洗機進行了設計校核及實際清洗效果對比，兩臺清洗機分別命名為“清洗機1”、“清洗機2”。清洗機由主體結構、清洗輥、驅動電機、油箱、過濾單元、移動拖鏈等組成。清洗機內部結構由清洗輥（夾送輥、刷輥、擠干輥）、殼體、支架、導向板、油管及噴孔組成，如圖4所示。

清洗機清洗循環過程（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→濾網過濾→凈油箱存儲。

沖壓異物不良率

圖4 清洗機內部結構截面圖

圖5 清洗循環簡圖

表1 清洗機1和清洗機2在1～6月麻點率對比表

圖6 異物不良率推移

通過理論模型計算及實際測試數據對比，不同設計的清洗機降低異物不良率效果也不同，以下是兩類清洗機的麻點率對比（調研數據），表1為清洗機1和清洗機2在1～6月麻點率對比表。通過采用符合潔凈度及油膜厚度設計標準的清洗機可以降低異物不良率，從而降低沖壓產生的異物不良，保證沖壓品質，如圖6、7所示；清洗機2的沖壓異物不良率比清洗機1低，降低制造成本，提高生產效益；使用清洗機2的平均麻點率比清洗機1降低4.81%，改善效果明顯；經濟效益單件節省維修費用為16.66元，年產20萬臺的工廠整年可節省費用為320.5萬，取得可觀的經濟效益。

結論

⑴板料清洗機從設計上就考慮對板料清洗效果，運用理論分析與實際生產相結合，為清洗機的設計提供理論依據。

⑵板料清洗機作為沖壓線的第1道工序，起到非常關鍵的作用，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通過清洗機設計分析，對設備選型導入、制造工藝、使用效果給予理論支持，充分發揮設備的使用性能，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清洗機在設計階段充分論證，提高清洗機設備制造質量，用戶得到更好的體驗，提高設備優越性。

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

⑹采用符合設計標準的清洗機，沖壓件異物不良顯著降低，大幅度降低不良產生，經濟效益顯著。

黃玉敏，技術員，助理工程師，主要從事汽車沖壓工廠生產設備導入規劃工作，主持完成了沖壓壓力機、自動化、清洗機、研配機等設備的導入工作，2016年獲得廣汽乘用車科技創新先進個人獎。