針對(duì)車門(mén)外板材料利用率低的問(wèn)題，進(jìn)行了車門(mén)外板利廢工藝分析。通過(guò)從利廢零件確定、利廢零件及車門(mén)外板工藝優(yōu)化、廢料在線自動(dòng)收集、利廢零件調(diào)試等方面的努力，實(shí)現(xiàn)了車門(mén)外板窗口廢料的再利用，提高了材料利用率、降低了生產(chǎn)成本。該方案創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了廢料直接用于生產(chǎn)，無(wú)需二次剪切，減少了板料劃傷；創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了廢料的在線收集、自動(dòng)堆垛，提高了自動(dòng)化水平和勞動(dòng)效率。汽車駕駛室的零件中有大量的金屬?zèng)_壓件，沖壓件成本主要包括：材料費(fèi)、加工費(fèi)、設(shè)備工裝攤銷費(fèi)、人工費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等，其中材料費(fèi)占沖壓成本的60%以上，因此提高沖壓件材料利用率對(duì)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)、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(chǎn)的方式。廢料利用能夠大幅提升材料利用率，尤其是針對(duì)自動(dòng)線大型覆蓋件廢料的回收。本文針對(duì)某車型車門(mén)外板材料利用率低的現(xiàn)狀，通過(guò)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(mén)外板由于產(chǎn)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(chǎn)成本，對(duì)車門(mén)外板窗口廢料進(jìn)行再利用。主要研究?jī)?nèi)容有：(1）利廢零件確定；(2）工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化；(3）廢料在線自動(dòng)收集；(4）利廢零件調(diào)試。
利廢零件確定
為了選取合適的利廢零件，需要保證車門(mén)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(mén)外板的材料牌號(hào)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(chǎn)品為車門(mén)加強(qiáng)板，如圖2 所示。
材料規(guī)格更改
由于圖2 的加強(qiáng)板材料牌號(hào)為ST12，厚度為0.9mm，與車門(mén)外板窗口廢料的材料規(guī)格不一致，因此需要對(duì)車門(mén)某加強(qiáng)板進(jìn)行產(chǎn)品更改。通過(guò)與設(shè)計(jì)部門(mén)研討，經(jīng)過(guò)CAE 分析驗(yàn)證，同意車門(mén)某加強(qiáng)板材料規(guī)格的變更，即將車門(mén)某加強(qiáng)板材料規(guī)格變更為ST13/1.0mm。由此最終確定車門(mén)某加強(qiáng)板為最終利廢零件。
工藝設(shè)計(jì)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(jìn)行二次剪切。二次剪切不僅增加了人工工時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致板料劃傷。為解決上述不足，我們創(chuàng)新性的提出了車門(mén)外板窗口廢料直接用作利廢零件的毛坯、無(wú)需二次剪切的方案。為實(shí)現(xiàn)該方案，需要從利廢零件工藝設(shè)計(jì)和車門(mén)外板工藝優(yōu)化兩方面開(kāi)展工作。
利廢零件工藝設(shè)計(jì)
在對(duì)零件的沖壓成形過(guò)程進(jìn)行分析時(shí)，需不斷對(duì)板料輪廓進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)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(jié)果，可以看出零件成形性較好，從而確定利廢零件板料輪廓。
車門(mén)外板工藝優(yōu)化
根據(jù)利廢零件板料輪廓，需要對(duì)車門(mén)外板窗口位置拉延模面進(jìn)行設(shè)計(jì)；另外，車門(mén)外板拉延后窗口位置的材料變形率不能過(guò)大，以免影響利廢零件的拉延穩(wěn)定性，因此需對(duì)車門(mén)外板窗口位置的變形率進(jìn)行分析。圖4 為車門(mén)外板減薄率分析結(jié)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。
為保證車門(mén)外板生產(chǎn)過(guò)程中廢料滑出順暢，原有工藝方案如圖5(a）所示，將工藝補(bǔ)充的廢料切碎，但這種工藝方案使得車門(mén)外板窗口廢料被切碎，無(wú)法完整的收集。為確保車門(mén)外板窗口廢料的完整性，同時(shí)保證廢料形狀與利廢零件板料形狀一致，對(duì)原有工藝方案進(jìn)行如圖5(b）所示的優(yōu)化。沖壓自動(dòng)線利用端拾器上的吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)各序零件的傳遞。如圖6 所示，預(yù)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(dòng)收集
自動(dòng)線廢料收集方式介紹
沖壓自動(dòng)線廢料回收方式可分為線側(cè)回收、線尾回收和線內(nèi)回收三種。線側(cè)回收是指在模具廢料出口增設(shè)皮帶機(jī)，廢料由皮帶機(jī)傳輸?shù)焦ぷ髋_(tái)外，該收集方式的缺點(diǎn)是新制皮帶機(jī)的投入成本高、制造周期長(zhǎng)，并且需對(duì)壓力機(jī)安全門(mén)改造。線尾回收是指通過(guò)設(shè)計(jì)專門(mén)托料架，采用端拾器抓取廢料到線尾，再進(jìn)行人工收集的方式，該收集方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收集、堆垛。線內(nèi)回收是指在自動(dòng)線內(nèi)工作臺(tái)上放置廢料回收裝置，但該收集方式一般只能實(shí)現(xiàn)廢料在線收集，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)堆垛。
廢料在線收集裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)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(mén)外板窗口廢料的在線收集、自動(dòng)堆垛的方案，可提高自動(dòng)化水平和勞動(dòng)效率，避免人工碼放的板料劃傷問(wèn)題。
如圖7 所示，該裝置包括料盤(pán)本體、零件支撐桿和廢料導(dǎo)向桿。料盤(pán)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(dǎo)向桿安裝孔和廢料導(dǎo)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(zhì)的支撐塊，與支撐桿螺紋連接，可調(diào)節(jié)高度，以保證支撐塊和零件穩(wěn)固接觸。為保證導(dǎo)向穩(wěn)固、無(wú)晃動(dòng)，零件支撐桿與料盤(pán)本體可用螺絲進(jìn)行手動(dòng)緊固。廢料導(dǎo)向桿，用于保證廢料片準(zhǔn)確滑落到指定位置。桿頂端有斜度，用于導(dǎo)正廢料。廢料導(dǎo)向桿可快速安裝于料盤(pán)本體的導(dǎo)向桿孔洞中，也可拆卸置于料盤(pán)本體四周的廢料導(dǎo)向桿存放區(qū)。導(dǎo)向桿高度與線首毛坯板料數(shù)量一致，保證自動(dòng)線線首換料和空工位廢料裝置拆卸同時(shí)進(jìn)行，減少不必要的生產(chǎn)停歇。車門(mén)外板所在自動(dòng)生產(chǎn)線為1×2000t+4×1000t 的壓機(jī)組合方式，其工序內(nèi)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(jī)工作臺(tái)上。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和批量驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了車門(mén)外板窗口廢料的在線收集、自動(dòng)堆垛，如圖8 所示。
利廢零件調(diào)試
調(diào)試問(wèn)題描述
在利廢零件實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)圖9 所示的翻邊局部型面超差問(wèn)題，影響下序裝配。
問(wèn)題分析及整改
經(jīng)過(guò)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(wèn)題，尺寸精度控制困難。因此，可以在原產(chǎn)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(diào)試出合格零件。
總結(jié)
通過(guò)對(duì)車門(mén)外板窗口廢料的利用，車門(mén)外板材料利用率由原來(lái)的47.3%提升至50.3%，單車節(jié)約成本18.2 元；若按年生產(chǎn)7 萬(wàn)輛計(jì)算，每年節(jié)約材料成本127.4 萬(wàn)元。本文主要在兩個(gè)方面提出了創(chuàng)新性方案：(1）針對(duì)廢料收集后通常需進(jìn)行二次剪切的不足，本次實(shí)現(xiàn)了車門(mén)外板廢料直接用于利廢零件生產(chǎn)，降低了人工工時(shí)，避免了板料劃傷。(2）針對(duì)沖壓專業(yè)內(nèi)廢料收集改造量大、自動(dòng)化低的不足，本次設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)線在線收集裝置，實(shí)現(xiàn)了車門(mén)外板窗口廢料的在線收集、自動(dòng)堆垛。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，提高了自動(dòng)化水平和勞動(dòng)效率，避免人工碼放的板料劃傷問(wèn)題。
