側(cè)圍外板門洞廢料柔性化再利用方案研究

蔣文海　廖勇　覃天龐

摘 要：以側(cè)圍外板門洞廢料回收再利用為載體，詳細闡述了廢料同步設(shè)計方案、廢料依靠自身重力排出收集、堆垛、低成本柔性化自動剪裁的廢料再利用方案。采用該方案不影響受益零件原材料保障，有利于提升利用廢料再生產(chǎn)可實施性。同時通過低成本自動化廢料剪裁，降低了廢料加工成本，提升了廢料利用的經(jīng)濟效益。通用化線側(cè)回收及分剪工作站的應(yīng)用，克服了多品種小批量車型再利用問題，提升了廢料再利用的應(yīng)用車型范圍，取得了明顯的經(jīng)濟及環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：側(cè)圍外板 材料利用率 廢料再利用 收集工裝 柔性化剪裁

Research on Flexible Reutilization of Waste Materials in Side Enclosures and Outer Door Openings

Jiang Wenhai，Liao Yong，Tan Tianpang

Abstract：Taking the recycling and reuse of waste materials in the side wall outer door openings as the carrier， the waste materials synchronization design plan， waste materials relying on its own gravity discharge and collection， stacking， and low-cost flexible automatic cutting waste recycling plan are described in detail. The adoption of this scheme does not affect the guarantee of the raw materials of the benefited parts， and is beneficial to improve the feasibility of using waste materials to reproduce. At the same time， through low-cost automated waste cutting， the cost of waste processing is reduced， and the economic benefits of waste utilization are improved. The application of the universal line-side recycling and separation and shearing workstation overcomes the problem of multiple types of small-batch vehicle reuse， increases the scope of application vehicle types for waste reuse， and achieves obvious economic and environmental benefits.

Key words：side wall outer panel， material utilization rate， waste material reuse， collection tooling， flexible tailoring

1 引言

為了提高汽車覆蓋件的材料利用率，降低材料成本，國內(nèi)專家對沖壓廢料的回收利用進行了大量的分析與研究。韋榮發(fā)[1]等人研究了廢料回收再利用及鑲套工藝降低生產(chǎn)成本的方法。梁延焱[2]在沖壓工藝的廢料處理、模具設(shè)計時確保廢料順暢落料等方面詳細闡述了沖壓生產(chǎn)過程中廢料的處理方法。周鐵軍[3]等人以某側(cè)圍外板為研究對象，對側(cè)圍外板的廢料進行了合理分析設(shè)計，實現(xiàn)了9個制件共模開發(fā)方案。上述研究均取得了顯著成果，但并未涉及開卷落料線廢料在線收集、堆垛工裝、廢料分剪方法的研究。本文以側(cè)圍外板門洞廢料為例，研究了開卷落料線廢料線側(cè)收集、堆垛與低成本柔性化剪裁廢料回收再利用方案，并進行實際工程驗證，以期為沖壓廢料的回收與再利用提供參考。

2 側(cè)圍外板廢料利用同步設(shè)計

為滿足側(cè)圍外板成型性能，落料沖裁的門洞廢料外輪廓仿形車門框，因此廢料輪廓為不規(guī)則形狀。在白車身同步設(shè)計階段，應(yīng)用板料成形CAE模擬手段獲取側(cè)圍廢料初始尺寸，然后篩選可利用廢料生產(chǎn)的小零件制定受益零件清單，再借助CAE模擬軟件進行小零件的成形模擬及廢料尺寸調(diào)整模擬[4]。受益零件清單選取的一般原則包括（1）受益零件的下料尺寸一般要小于廢料;（2）受益零件的材料牌號及厚度與側(cè)圍一致（3）沖壓分析時確保受益零件的成型性（4）設(shè)計模具時考慮模面尺寸及定位的兼容性。根據(jù)以上原則，某車型制定的廢料再利用如表1。

3 廢料收集方案分析

側(cè)圍外板一般采用開卷落料線進行生產(chǎn)，沖壓廢料在重力作用下落入廢料通道后由輸送帶運到物流卡車，需要把廢料直接滑出床臺收集再利用[5]。回收裝置可以分為重力自由滑落、動力驅(qū)動型，其中動力驅(qū)動型可選擇傳送帶傳輸裝置和水平搬送機器人兩種形式，三種形式方案各有優(yōu)缺點和適用范圍。考慮設(shè)備用于回收廢料的附加值較低，平衡需求和現(xiàn)實成本，一般在側(cè)圍落料模具上增加廢料回收滑軌裝置，并在滑軌下方放置廢料回收箱[6]。廢料通過重力作用滑落到落料回收箱時，存在料片堆置不整齊的問題[7]，而開卷落料線運行速度非常高，側(cè)圍外板開卷落料時可達25沖次/分，廢料排出不暢會影響開卷落料線運行效率，導(dǎo)致側(cè)圍落料成本及故障率提升。

4 改進型廢料收集工裝

如圖1針對常規(guī)線側(cè)簡易重力滑落工裝回收方案存在的不足，提出了改進型在線廢料收集堆垛工裝。回收裝置位于落料線側(cè)面，滑道可以推出至模具廢料槽下方，在落料模具運行時，廢料會經(jīng)由模具廢料槽滑出至回收裝置滑道之上。依靠廢料排出時的初速度及自重，沿著帶一定傾角的滑道進入堆垛箱體。該方案無需打開開卷落料線安全門，僅需要開啟安全門中間通道，可以保障員工操作安全性。堆垛箱使用廢料儲存的工位器具增加了限位裝置、滾輪機構(gòu)改造而成，廢料滑入工位器具后可實現(xiàn)整齊堆放。通過滾輪承托機構(gòu)可實現(xiàn)人力推動快速切換空箱，并整體通過牽引車、行吊放入倉庫立體式存儲。

5 廢料剪裁方案分析

根據(jù)圖2廢料不剪裁及剪裁后沖壓CAE分析結(jié)果。廢料直接用作利廢零件的毛坯、無需二次剪裁的方案[8]，由于未裁切的廢料局部尺寸大幅超出零件分模線，導(dǎo)致零件局部側(cè)壁拉延開裂。廢料尺寸與受益零件匹配性會限制受益零件選擇范圍，模具設(shè)計難以兼顧廢料與常規(guī)方料兩種狀態(tài)同時生產(chǎn)，存在保供風(fēng)險。

廢料剪裁數(shù)量一般在1-4次以內(nèi)，對廢料進行剪裁后形成二次廢料及可用材，使用可用材進行拉延成型分析成型性能良好。如果受益零件本身第一序為落料工序的，則可以直接利用原來的落料模具沖裁出所需要的形狀，設(shè)計時一般只需要考慮定位兼容性，避免模具結(jié)構(gòu)如導(dǎo)柱等干涉。對于受益零件第一序無落料模時，常規(guī)方案需要增加落料模具，這導(dǎo)致零件模具投資成本上升，對于年產(chǎn)量較低的車型，則不具備經(jīng)濟效益而無法實施。

6 廢料柔性化剪裁方案

廢料再利用本身經(jīng)濟增加值較少，常規(guī)廢料剪裁涉及模具投資、加工費用等多個成本增項，直接影響廢料再利用的可實施性。為了解決廢料剪裁投資及成本問題，通過機械手+剪板機聯(lián)動控制設(shè)計了一種廢料剪裁通用工作站。基于改進型在線廢料收集、堆垛工裝實現(xiàn)了廢料整齊堆垛，為工作站自動化剪裁提供了有利保障。通過機械手抓持余料，至多分四步對廢料影響成型的邊逐一裁剪。相比常規(guī)人工剪裁或開發(fā)落料模沖裁，該工作站可實現(xiàn)柔性化廢料自動剪裁，降低了廢料處理成本，可適用于多品種小批量車型，拓展了廢料再利用的應(yīng)用車型范圍，取得明顯的經(jīng)濟效益。

7 廢料再利用效益

側(cè)圍外板門洞廢料總重量6.7KG/臺，其中有效利用重量總計為4.3KG/臺，再利用效率高達64.2%。每回收1KG材料，可產(chǎn)生經(jīng)濟效益2.8元，單臺材料成本降低12.9元。該項目現(xiàn)已實施近9萬臺約回收利用387噸鋼材廢料，實現(xiàn)經(jīng)濟效益超過108萬元。每生產(chǎn)一噸鋼材會產(chǎn)生1.5噸二氧化碳[9]，通過廢料再利用，實現(xiàn)節(jié)能減排580噸二氧化碳。

8 結(jié)語

①改進型在線廢料收集、堆垛工裝，可以實現(xiàn)開卷落料線在線廢料收集、自動堆垛，不影響開卷落料線運行效率，有利于廢料低成本自動化剪裁;②通過機械手+剪板機聯(lián)動控制組建廢料剪裁通用工作站可以實現(xiàn)低成本柔性化廢料剪裁，降低了廢料加工成本，取消二次落料模開發(fā)，擴大了多品種小批量車型應(yīng)用范圍，提升了廢料利用的經(jīng)濟效益;③通過實施側(cè)圍外板門洞廢料再利用同步設(shè)計方案，有效利用廢料重量總計為4.3KG/臺，現(xiàn)已實施近9萬臺約回收利用387噸鋼材廢料，可以節(jié)約材料成本近108萬元，同時節(jié)約二氧化碳排放580噸。

參考文獻：

[1]韋榮發(fā).汽車覆蓋件沖壓廢料回收利用研究與實踐[J].模具工業(yè)，2018，44（5）：34-38.

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