沖壓自動線車門外板廢料利用工藝分析及應用

文/金鍵，寇兆陽，高洪雷，張文波，王項鈞·一汽解放汽車有限公司

針對車門外板材料利用率低的問題，進行了車門外板利廢工藝分析。通過從利廢零件確定、利廢零件及車門外板工藝優(yōu)化、廢料在線自動收集、利廢零件調試等方面的努力，實現(xiàn)了車門外板窗口廢料的再利用，提高了材料利用率、降低了生產成本。該方案創(chuàng)新性的實現(xiàn)了廢料直接用于生產，無需二次剪切，減少了板料劃傷；創(chuàng)新性的實現(xiàn)了廢料的在線收集、自動堆垛，提高了自動化水平和勞動效率。

汽車駕駛室的零件中有大量的金屬沖壓件，沖壓件成本主要包括：材料費、加工費、設備工裝攤銷費、人工費、運輸費等，其中材料費占沖壓成本的60%以上，因此提高沖壓件材料利用率對于整車降成本意義重大。目前提升沖壓件材料利用率的方式有：優(yōu)化產品結構、優(yōu)化落料排樣、廢料利用，采用成雙、淺拉延、套裁工藝等多種，其中廢料利用是將被切除的完整廢料回收、用于其他零件生產的方式。廢料利用能夠大幅提升材料利用率，尤其是針對自動線大型覆蓋件廢料的回收。本文針對某車型車門外板材料利用率低的現(xiàn)狀，通過采用廢料利用方法，提升材料利用率，降低制造成本。

總體方案

如圖1 所示，某商用車型沖壓件車門外板由于產品造型原因，窗口廢料被切除，零件材料利用率低，僅為47.3%。為提高材料利用率、降低生產成本，對車門外板窗口廢料進行再利用。主要研究內容有：(1）利廢零件確定；(2）工藝設計及優(yōu)化；(3）廢料在線自動收集；(4）利廢零件調試。

圖1 車門外板拉延件與成品件對比

利廢零件確定

為了選取合適的利廢零件，需要保證車門外板窗口廢料與利廢零件的材料規(guī)格相同，零件尺寸適中。

利廢零件梳理

車門外板的材料牌號為ST13，厚度為1.0mm，窗口的尺寸約為850mm×550mm。根據(jù)窗口的尺寸，從該車型111 種薄板沖壓零件中篩選出6 種尺寸適中的零件。依據(jù)材料利用率最高及工藝性最優(yōu)的原則，初步選擇擬利廢產品為車門加強板，如圖2 所示。

圖2 車門加強板

材料規(guī)格更改

由于圖2 的加強板材料牌號為ST12，厚度為0.9mm，與車門外板窗口廢料的材料規(guī)格不一致，因此需要對車門某加強板進行產品更改。通過與設計部門研討，經過CAE 分析驗證，同意車門某加強板材料規(guī)格的變更，即將車門某加強板材料規(guī)格變更為ST13/1.0mm。由此最終確定車門某加強板為最終利廢零件。

工藝設計和優(yōu)化

廢料收集后，通常需要根據(jù)利廢零件的毛坯尺寸進行二次剪切。二次剪切不僅增加了人工工時，也會導致板料劃傷。為解決上述不足，我們創(chuàng)新性的提出了車門外板窗口廢料直接用作利廢零件的毛坯、無需二次剪切的方案。為實現(xiàn)該方案，需要從利廢零件工藝設計和車門外板工藝優(yōu)化兩方面開展工作。

利廢零件工藝設計

在對零件的沖壓成形過程進行分析時，需不斷對板料輪廓進行調整，以達到利廢零件成形性最優(yōu)。圖3 為利廢零件的成形性分析結果，可以看出零件成形性較好，從而確定利廢零件板料輪廓。

圖3 利廢零件成形性分析

車門外板工藝優(yōu)化

(1）拉延模面設計。

根據(jù)利廢零件板料輪廓，需要對車門外板窗口位置拉延模面進行設計；另外，車門外板拉延后窗口位置的材料變形率不能過大，以免影響利廢零件的拉延穩(wěn)定性，因此需對車門外板窗口位置的變形率進行分析。圖4 為車門外板減薄率分析結果，窗口位置的減薄率在4%以下，即拉延后窗口廢料的厚度約0.96mm，滿足料厚(1±0.09）mm 的公差要求。

圖4 車門外板減薄率分析

(2）廢料切斷工藝設計。

為保證車門外板生產過程中廢料滑出順暢，原有工藝方案如圖5(a）所示，將工藝補充的廢料切碎，但這種工藝方案使得車門外板窗口廢料被切碎，無法完整的收集。為確保車門外板窗口廢料的完整性，同時保證廢料形狀與利廢零件板料形狀一致，對原有工藝方案進行如圖5(b）所示的優(yōu)化。

(3）端拾器吸盤布置。

沖壓自動線利用端拾器上的吸盤實現(xiàn)各序零件的傳遞。如圖6 所示，預留窗口廢料抓取的位置，保證廢料抓取穩(wěn)定可靠。

廢料在線自動收集

自動線廢料收集方式介紹

沖壓自動線廢料回收方式可分為線側回收、線尾回收和線內回收三種。

線側回收是指在模具廢料出口增設皮帶機，廢料由皮帶機傳輸?shù)焦ぷ髋_外，該收集方式的缺點是新制皮帶機的投入成本高、制造周期長，并且需對壓力機安全門改造。線尾回收是指通過設計專門托料架，采用端拾器抓取廢料到線尾，再進行人工收集的方式，該收集方式無法實現(xiàn)自動收集、堆垛。線內回收是指在自動線內工作臺上放置廢料回收裝置，但該收集方式一般只能實現(xiàn)廢料在線收集，不能實現(xiàn)自動堆垛。

廢料在線收集裝置的設計與實現(xiàn)

基于現(xiàn)有廢料收集方式的不足，我們創(chuàng)新性的提出了車門外板窗口廢料的在線收集、自動堆垛的方案，可提高自動化水平和勞動效率，避免人工碼放的板料劃傷問題。

(1）設計方案。

圖5 車門外板工藝優(yōu)化

圖6 吸盤布置示意

圖7 廢料在線收集裝置

如圖7 所示，該裝置包括料盤本體、零件支撐桿和廢料導向桿。料盤本體用于盛裝廢料，帶有快速定位孔、零件支撐桿夾緊裝置、廢料導向桿安裝孔和廢料導向桿存放區(qū)。零件支撐桿，用于支撐沖壓零件。頂端采用聚氨酯材質的支撐塊，與支撐桿螺紋連接，可調節(jié)高度，以保證支撐塊和零件穩(wěn)固接觸。為保證導向穩(wěn)固、無晃動，零件支撐桿與料盤本體可用螺絲進行手動緊固。廢料導向桿，用于保證廢料片準確滑落到指定位置。桿頂端有斜度，用于導正廢料。廢料導向桿可快速安裝于料盤本體的導向桿孔洞中，也可拆卸置于料盤本體四周的廢料導向桿存放區(qū)。導向桿高度與線首毛坯板料數(shù)量一致，保證自動線線首換料和空工位廢料裝置拆卸同時進行，減少不必要的生產停歇。

(2）調試驗證。

車門外板所在自動生產線為1×2000t+4×1000t 的壓機組合方式，其工序內容為“拉延→修邊沖孔→修邊→翻邊→空工位”，因此可將廢料收集裝置安裝于空工位壓機工作臺上。通過現(xiàn)場調試和批量驗證，實現(xiàn)了車門外板窗口廢料的在線收集、自動堆垛，如圖8 所示。

圖8 廢料收集裝置實物

利廢零件調試

調試問題描述

在利廢零件實際調試過程中，出現(xiàn)圖9 所示的翻邊局部型面超差問題，影響下序裝配。

問題分析及整改

圖9 利廢零件尺寸超差

經過分析，由于窗口廢料存在拉延硬化，二次成形后存在翻邊回彈問題，尺寸精度控制困難。因此，可以在原產品上添加圖10 所示的三角筋和豎筋，以控制翻邊回彈，最終調試出合格零件。

總結

通過對車門外板窗口廢料的利用，車門外板材料利用率由原來的47.3%提升至50.3%，單車節(jié)約成本18.2 元；若按年生產7 萬輛計算，每年節(jié)約材料成本127.4 萬元。

本文主要在兩個方面提出了創(chuàng)新性方案：(1）針對廢料收集后通常需進行二次剪切的不足，本次實現(xiàn)了車門外板廢料直接用于利廢零件生產，降低了人工工時，避免了板料劃傷。(2）針對沖壓專業(yè)內廢料收集改造量大、自動化低的不足，本次設計了一種自動線在線收集裝置，實現(xiàn)了車門外板窗口廢料的在線收集、自動堆垛。該裝置結構簡單，易于實現(xiàn)，提高了自動化水平和勞動效率，避免人工碼放的板料劃傷問題。

圖10 利廢零件產品更改