汽車沖壓生產線中板材清洗機的發展現狀及應用

楊龍成，趙 兵，苑 佳，高 建

（濟南二機床集團有限公司，山東 濟南 250022）

1 清洗機應用環境及國內應用現狀

1.1 清洗機應用環境

沖壓件是永久性的塑形變形零件。轎車的沖壓類零件占比在75%以上。隨著汽車產量及品質要求的提升，汽車車身覆蓋件面品質要求逐步提高[1]。常見沖壓件外觀品質問題包括凹凸點、壓痕、波浪、變形、毛刺等。其中凹凸點、壓痕的形成原因是沖壓過程中板材表面有鐵屑、油污、膠絲、積塵等。因此對于面品質要求較高的汽車外覆蓋板件，目前普遍使用清洗機。清洗機放置位置一般位于線首，在板料進入首序壓力機前對板料進行清洗。如圖1 所示。

圖1 清洗機使用位置

1.2 清洗機國內應用現狀

根據清洗機的特點將清洗機進行劃分。帶油液沖洗功能和刷洗功能的為濕式清洗機，僅帶毛刷清潔功能的為干式清洗機。濕式清洗機由于油液沖洗功能，能夠保證板料表面和模具拉延接觸位置留存一層均勻油膜，保證板料在壓力機內有良好的拉延效果。

濕式清洗機在國內汽車沖壓行業應用較早。德國的SMT、SCHULER，日本的AISAKU、小矢部，國內以濟南二機床集團有限公司（以下簡稱“濟南二機床”）為代表的國內清洗機廠家等，在沖壓市場占有一定份額。但在國內高端沖壓市場，進口設備仍占有較大比重。

相較于濕式清洗機，干式清洗機出現較晚，以德國SMT、ECKARDT、Wandres 等品牌為主，國內尚未出現國產品牌。根據濟南二機床近幾年的訂單情況來看，濕式和干式清洗機均有使用，并沒有完全傾向于某一種清洗機。

2 清洗機功能分析及性能對比

在使用上，濕式清洗機利用刷輥進行平行于物流方向的刷洗保證板料的清潔度，同時利用擠干輥擠壓保證板料表面存在油膜且厚度均勻，如圖2 所示。而干式清洗機則是利用刷帶垂直于物流方向進行刷洗，刷帶平行于板料表面，如圖3 所示。

圖2 濕式清洗機工作原理

圖3 干式清洗機工作原理

本文通過理論分析板料上單位雜質在通過毛刷時的線長，用于評價實驗刷洗效果。并結合工程實驗數據來評估兩種清洗機刷洗力。

2.1 濕式及干式清洗機的刷洗線長

為評價清洗機的清洗能力，首先考慮單位雜質通過毛刷時，在刷毛中的通行距離作為評價依據。而干式清洗機刷帶垂直與板料運行，其通過寬度計算如式（1）所示。

式中：Wg為干式清洗機總刷洗線長度；Wgs為毛刷總寬度；Lgs為單位雜質通過刷帶時間內刷帶運行距離；Vs為刷帶速度。

濕式清洗機刷毛輥采用螺旋植毛形式，為多層纏繞形式，以提升刷毛螺旋角度，增強刷洗效果[2-3]，具體如圖4 所示。圖中R 為刷輥半徑；Lc 為刷輥工作時刷輥與板料的重合量；Ws 為上下刷輥重合寬度；Lss 為單位雜質通過Ws 寬度時，刷輥自身旋轉的距離。對于濕式清洗機，單位雜質通過實際距離Wc如式（2）所示。

圖4 濕式清洗機刷輥外形及工作示意圖

式中：Wc為總刷洗線長度；nz為刷輥轉速；Vb為板料通過速度。

在不考慮刷毛密度前提下，結合本公司前期使用產品參數，板料通過速度150m/min，刷輥半徑115mm，轉速249.2 轉/min，刷毛重合量推薦1mm～2mm，為便于計算取1.5mm。干式清洗機刷帶寬度76mm，刷帶運行速度180m/min。以上參數結合計算公式，單位雜質通過干式清洗機的線長是濕式清洗機的1.46 倍，在不考慮毛刷植毛密度影響下，雜質被毛刷接觸并清洗的概率提高很多。2009 年墨西哥福特Cuautitlin 工廠對干式和濕式清洗機分別給出20組和35 組測試數據，如圖5 所示。

圖5 濕式和干式清洗機雜質去除率

實驗結果顯示，濕式清洗機平均清潔率為91.5%，干式清洗機為99.0%[4]。數據結果表明干式清洗機刷洗效果要好于濕式清洗機，和刷洗線長分析趨勢一致。

2.2 清洗機的刷洗力測試

實際生產中，由于生產環境以及板料的不同，板料表面雜質的附著力表現也不一致。對于難以去除的雜質，在評價通過線長的同時，也應考慮設備刷洗力的影響。

圖6 九宮格法和顆粒法示意

圖7 板料測試前準備圖

濕式清洗機刷洗采用九宮格法進行驗證，即在板料上使用油性白板用筆繪制均布的九宮格線條，刷洗效果以目視去除線條長度和繪制線條長度比例為準。干式清洗機刷洗效果采用顆粒清除方法進行驗證，即在板料指定區域內放置細微金屬顆粒且板料表面附著油液不能過多。

為比較兩者刷洗力的大小，在同時采用九宮格法和顆粒法同時對濕式清洗機和干式清洗機進行校核，即在板料上繪制水性筆線條，并在線條框內撒上常見板料雜質板料包裝紙屑。測試時濕式清洗機浸潤刷輥后關閉噴液系統。測試結果以目視為準。

經過多次測試，濕式和干式清洗機都能去除干燥顆粒雜質，但對于九宮格，濕式清洗機去除率較高，干式清洗機僅能在水性筆痕跡上留下刷痕，無法有效去除成段痕跡。實驗結果表明濕式清洗機刷洗力要強于干式清洗機。因此在現場板料表面油液較多，雜質附著力較大等情況下，也應從刷洗力角度考慮設備的選用。

3 結語

汽車沖壓行業近年來取得了長足發展。本文結合目前產業發展，介紹了現階段沖壓設備中清洗機的使用現狀，分析了濕式和干式清洗機的特點和差異。兩種清洗機有各自的使用優勢，廠家可根據各自生產實際工況進行選取。