拱形橫梁的工藝優(yōu)化與模具結(jié)構(gòu)改進

文／李樂，許素強，唐敏·陜西通力專用汽車有限責(zé)任公司

拱形橫梁在重卡車架總成中比較常見，一般為冷沖壓成形件，加工的優(yōu)點是既節(jié)能又節(jié)省材料，加工效率高，操作方便。重卡底盤拱形橫梁如圖1 所示，材料為510L，料厚為6mm，抗拉強度為510 ～640MPa，屈服強度大于345MPa，是車架總成上的一個重要零件，要求有足夠的強度和剛度，生產(chǎn)批量很大。

圖1 重卡底盤拱形橫梁

這種拱形橫梁成形難度較大，上/下翼面成形角度不一致，材料在彎曲成形過程中上/下翼面相對受力不一致，勢必會造成腹面不平、梁體扭曲等現(xiàn)象。同時兩端過線豁口邊緣離上/下翼面較近，梁體成形過程中不能有效壓實兩端頭，造成兩端頭翹曲不平，引起橫梁背靠背緊貼后腹面存在3 ～5mm 間隙(圖2)，從而導(dǎo)致連接板鉚裝孔相對孔距超差等質(zhì)量問題。

圖2 拱形橫梁間隙

重卡車架總成上所用的橫梁較多，形狀相似的橫梁所采用的加工工藝幾近相同。根據(jù)生產(chǎn)需求，需對這些橫梁投入相應(yīng)的模具用來提高生產(chǎn)效率。本文通過對拱形橫梁沖壓工藝特點的分析，嘗試將高強度厚板件拱形橫梁上/下翼面孔位，采用側(cè)沖的形式在一套模具上生產(chǎn)出來，與原有工藝比較，可以節(jié)約1 套沖孔模具，降低模具費用十幾萬元。此方案提高了作業(yè)生產(chǎn)效率，減輕操作工的勞動強度，最適合批量生產(chǎn)。

原有拱形橫梁的工藝分析

如圖3 所示，該橫梁的原有加工工藝流程為：下料→落料沖孔→成形→沖孔(上翼面連接板孔位)→沖孔(下翼面連接板孔位)→沖孔(下翼面2×φ9mm 孔)。注意：上/下翼面沖孔采用掛沖的方式，因下翼面中間弧度較大，孔位在第一序沖出后，在成形過程中會出現(xiàn)孔位變形問題，所以要增加一道沖孔工序。

圖3 原有加工工藝流程

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備排布及產(chǎn)品工序，連線生產(chǎn)時人員及設(shè)備排布情況見表1，原有工藝存在的缺點包括生產(chǎn)效率低、工藝路線長、人員占比高、設(shè)備耗能高、且模具制作費用及后期維護保養(yǎng)費用均較高等。

表1 原有工藝方案、產(chǎn)線排布及產(chǎn)能

模具結(jié)構(gòu)改進方案

在降低產(chǎn)品成本和保證零件質(zhì)量的前提下，第二序落料沖孔模具不帶橫梁兩端過線豁口(圖4)，第三序成形時能有效壓實橫梁腹面，規(guī)避兩端過線豁口邊緣離上/下翼面較近導(dǎo)致的橫梁腹面不平、梁體扭曲等現(xiàn)象；同時增開一道沖豁口模具為第四序(圖5)，單獨沖切兩端豁口，解決橫梁兩端頭翹曲不平的問題。

圖4 優(yōu)化后第二序效果圖

圖5 新增第四序效果圖

為提高生產(chǎn)效率和降低勞動強度，將原第四序和第五序合并成一序，模具結(jié)構(gòu)采用側(cè)沖的形式，保證連接板鉚裝孔到折彎線距離為(40±0.3)mm，消除橫梁背靠背鉚裝后連接板鉚裝孔相對孔距超差(3 ～5mm)的質(zhì)量問題(圖6)。

圖6 連接板鉚裝孔相對孔距超差測量

優(yōu)化后的加工工藝分析

優(yōu)化步驟：⑴將原第二序落料沖孔工序，拆分為落料沖孔工序和沖豁口工序。⑵因為原第三序和第四工序為上/下翼面沖孔模，模具分為前/后兩側(cè)，沖完左側(cè)孔位后需人工將梁體取下傳遞至后側(cè)，再沖右側(cè)孔位，同時前側(cè)同步?jīng)_左側(cè)孔位，效果如圖7所示。由于該兩序模具加工效率低，員工勞動強度大，可以將原第三序和第四序合并到一套側(cè)沖孔模具上，既保證零件質(zhì)量和鉚裝孔孔位精度，又提高了生產(chǎn)效率。

圖7 上/下翼面掛沖效果圖

優(yōu)化后的加工工藝流程

優(yōu)化后的加工工藝流程(圖8)為：下料→落料沖孔→成形→沖豁口→側(cè)沖孔(上/下翼面孔)→沖孔(下翼面2×φ9mm 孔)，第四序和第五序均存在差異和改進。優(yōu)化后工藝方案、設(shè)備排布以及連線人員安排見表2。

圖8 優(yōu)化后加工工藝流程

表2 優(yōu)化后工藝方案、產(chǎn)線排布及產(chǎn)能

優(yōu)化前后工藝方案對比

通過對比分析，優(yōu)化工藝方案后能減少一道沖孔工序，主要是從第四序和第五序上提升生產(chǎn)效率。如果單班工作時長按照8 小時核算，原單班產(chǎn)能為400 件，則單件加工耗時：8×60÷400 ＝1.2 分鐘；由于現(xiàn)單班產(chǎn)能為600 件，則單件加工耗時：8×60÷600 ＝0.8 分鐘，單件加工時長縮短0.4 分鐘；在單班產(chǎn)能同為400 件情況下，設(shè)備運轉(zhuǎn)時長減少0.4×400÷60 ≈2.67 小時。

首先，從設(shè)備能耗方面計算，沖豁口和側(cè)沖孔工序占用兩臺1000t 壓力機。我公司1000t 平均運行功率為110kW，一度電按0.7 元計算：(110 ＋110)×0.7×2.67 ＝411.18 元/天。故在工藝優(yōu)化后的能耗方面，一天可節(jié)約411.18 元。

其次，從人員安排方面來說，沖豁口和側(cè)沖孔工序可節(jié)約2 人次，主要是相鄰工序之間的轉(zhuǎn)序以及其余機床的換模工作，可以最大化節(jié)約人力成本。

再次，采用側(cè)沖結(jié)構(gòu)合并兩道沖孔工序，減少了一套沖孔模具，可以在后期模具維護與保養(yǎng)中減少一部分的費用支出。

上面足以說明，現(xiàn)有工藝完全能解決原有工藝方案生產(chǎn)效率低、工藝路線長、人員占比高、設(shè)備耗能高等缺點，也節(jié)省了模具制作及后期保養(yǎng)費用。

結(jié)束語

新工藝方案有效地解決了原有工藝方案中的缺點，能夠在提高生產(chǎn)效率和降低勞動強度的同時保證產(chǎn)品質(zhì)量；現(xiàn)有工藝方案與原有工藝方案對比，可以節(jié)省一套沖孔模具，即節(jié)約十幾萬元模具制作費用。隨著企業(yè)降低成本、節(jié)能降耗工作的推進，多工序復(fù)合模是工藝設(shè)計革新的一種必然，在企業(yè)人力資源緊張的前提下，這種工藝的改革會成為一種趨勢。新工藝方案極大地提高了生產(chǎn)效率，減少人員占比，給企業(yè)也節(jié)省了大筆費用，適用于批量生產(chǎn)。