自動化沖壓線鋁板料拆垛分張不良優化方法

何 磊，田迎彬，羅 茜

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

0 引 言

汽車行業蓬勃發展的同時，由于環保和節能的需要，汽車輕量化已成為全球汽車發展的潮流，汽車輕量化技術的研究已成為未來汽車發展的必然趨勢。鋁合金材料具有一系列優良特性，如比重小、比強度高、良好的成形性能、力學性能、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時，會出現線首拆垛分張不良的問題。

1 背景及意義

企業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，線首通過拆垛機（見圖1）可實現自動上料功能，即提取托盤堆垛上的各個料片并輸送至傳送帶，該拆垛機可同時用于鋼和鋁制料片的拆垛。拆垛機械手在抓取板料時，需借助分離器系統實現板料的分離，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，導致拆垛機械手同時抓取多張板料，雙料檢測報警，造成設備停機。某車型機蓋是鋁板料，因板料分張不良3 個月內引起總停機時間為538 min，影響了生產效率，應及時解決和改善此問題。

2 問題分析

通過研究和分析發現，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入板料間，導致分張困難。

圖1 拆垛機

3 優化措施

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、優化吸盤抓取形態、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個途徑產生，一是卷料自帶殘油；二是在開卷線落料時，經過清洗機帶上的清洗油。因開卷線使用的是WANDRES 干式清洗機，不使用清洗油，板料上殘油來源只有卷料自帶一種途徑。根據實際生產經驗，當板料油量在（0.8±0.3）g/m2時較為理想，因此要求供應商將板料油量控制在（0.8±0.3）g/m2。每批次生產時，都會通過油膜測厚儀對板料油量進行監控。

3.2 板料壓窩

經分析，通過落料模對板料進行壓窩，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

以某汽車發動機蓋為例，在發動機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，拉深成形時易出現開裂等問題，如太淺，分張效果不理想，綜合實際經驗，設計的壓窩深度為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。

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

（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）要結合不同零件落料模共用的情況，考慮不同卷寬的適應性。

3.2.4 三維數模設計

根據設計方案在模具三維數模上增加壓窩組件，靠近板料邊緣，共設計6組，如圖6所示。

3.2.5 加工組裝和調試

（1）利用數控機床根據三維數模對上模和下模的零件進行加工。

（2）通過機床根據凸模直徑對壓料聚氨酯進行加工。

（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，保證與設計一致，圖7所示為安裝后實物。

圖6 模具壓窩三維結構

圖7 安裝后模具實物

3.2.6 開卷線調試

壓窩組件安裝在模具后，需在開卷線上進行聯調，主要完成以下工作。

（1）確認連續生產中板料無劃傷等缺陷。

（2）確認壓料的穩定性。

（3）根據壓窩狀態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，生產100張帶窩板料用于伺服線調試。

3.2.7 伺服線調試

使用帶窩板料在伺服線上進行生產調試，圖8所示為拉深成形后壓窩狀態，經調試驗證確認：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一致；③生產時無板料分張不良問題發生。

圖8 拉深成形后壓窩狀態

3.3 增加輔助分張裝置

鋁板生產時將其安裝在上料托盤上，通過機械剮蹭，實現板料的上下分張，配合側面噴嘴吹氣，實現板料分離。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致的損壞板料、產生鋁屑的情況，在提高生產效率的同時保證成形零件的質量。

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致向下的變形，該過程中使相鄰板料間產生一定的空隙，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的面積。當拆垛機械手抓取上層板料時，端拾器真空吸力遠大于分層工裝滾輪與上層板料之間的摩擦力，上層板料隨機械手向上運動；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 機械分張工裝原理

該裝置包含帶軸承的橡膠輪、結構鋼板、螺釘等部件，結合井字形托盤的實際尺寸，采用焊接、切割等工序制作完成。為達到分層的效果，設計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，為充分發揮機械分層工裝的作用，工裝總高度設置為450 mm，如圖10所示。

圖10 機械分層工裝

工裝制作完成后需上線調試。一方面檢查拆垛機械手運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，確保生產設備安全；另一方面檢驗確認機械分張工裝的分張效果。經現場調試，機械分張工裝在機械手運動過程中無干涉，且分張效果良好，圖11 所示為分張工裝在線調試。

圖11 分張工裝在線調試

4 生產驗證和經濟效益

目前該設計方案已正式應用于生產中，該方案穩定可靠，改善效果明顯，達到了設計預期，圖12所示為鋁板拆垛。經生產驗證，3 個月內因板料分張不良引起總停機時間為538 min，由此估算每年可減少生產停機約36 h，自動化沖壓線設備費用按3.6萬元/h，每年可節約停機費用約130 萬元。此外該方案可同時解決2 個項目機蓋的拆垛分張情況，每年可節約停機費用約260萬元。

圖12 鋁板拆垛

5 結束語

上述措施已經過長時間、多批次、大產量的驗證，鋁板料分層效果穩定可靠，改善效果明顯，經濟效益突出，滿足生產需求。