萬維
摘 要:介紹了汽車制造行業(yè)的門蓋生產(chǎn)兩種常用包邊工藝-折邊與滾邊,對比了兩種工藝的差異點,創(chuàng)新性地提出了以滾邊工藝完成折邊工藝所制造零件的方法,具體介紹了折改滾的整個實施過程,分析了其中的難點,此方案對于其他需要折改滾的領(lǐng)域具有推廣價值。
關(guān)鍵詞:汽車制造業(yè);汽車門蓋包邊;折邊工藝;滾邊工藝;折改滾
1 引言
制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體,汽車行業(yè)作為制造業(yè)支柱產(chǎn)業(yè),地位尤為重要。
四門兩蓋(左右前車門、后車門,發(fā)動機(jī)蓋和行李箱蓋)是汽車車身總成的重要組成部分,它們是汽車車身的外覆蓋件,裝配后要與周圍零件保持均勻的裝配間隙,以達(dá)到良好的互換性,同時它們也是汽車可見表面,需要保證美觀度。因此,車身工藝要求門、蓋外表面光滑平整,不能存在凹凸劃痕,還要保證邊緣過渡線圓滑?;谝陨弦?,四門兩蓋內(nèi)外板之間裝配不能采用焊接工藝,而要選用包邊工藝。
包邊工藝,是一種將沖壓零件外板單件上翻邊或下翻邊壓平后,使零件的內(nèi)、外板連接在一起的裝配工藝。傳統(tǒng)包邊工藝有壓機(jī)+上下模具形式,液壓/伺服電機(jī)驅(qū)動專機(jī)形式,但是以上方式的弊端是柔性較差,只能適用于一種車型,并且制造、維修成本較高。所以伴隨著工業(yè)自動化程度的提高和工業(yè)機(jī)器人的廣泛推廣,包邊工藝引入了機(jī)器人滾邊。所謂機(jī)器人滾邊,就是通過機(jī)器人手臂上安裝滾輪來進(jìn)行滾壓包邊的制造工藝。機(jī)器人滾邊的優(yōu)勢在于柔性化較高,適用于幾種車型之間進(jìn)行切換,最大化提高了設(shè)備的利用率,降低了投資成本。
常見的包邊工藝有圖1平包邊,圖2水滴包邊,圖3厚內(nèi)板包邊。
相比較點焊工藝,包邊工藝有以下優(yōu)勢:
(1)可視且連續(xù)的板材連接技術(shù),在板材連接處不需要返工;(2)板材連接處的密封性有比較好的保證;(3)保證了原材料防腐蝕的特性(對原材料表面影響較?。?;(4)無熱影響,無接縫變化,延伸;(5)可適用多類型的材料;(6)節(jié)拍高,適用于批量化生產(chǎn)。下面將先通過探討兩種工藝的差異角度出發(fā),闡述為什么要實施折改滾方法。
2 汽車門蓋折邊工藝與設(shè)備
工藝過程:整個折邊過程一般分為三步,首先進(jìn)行預(yù)折邊,如圖4,將翻邊角度較大的位置翻折為90°;之后進(jìn)行第一步折邊,如圖5,將翻邊角度由90°折彎至45°;最后第三步終折邊,如圖6,將外板壓平,使得內(nèi)外板平行。
由于折邊過程是零件周圍一圈折邊刀同時工作,因此節(jié)拍非常高,常??梢赃_(dá)到60JPH;同時只要保證胎膜匹配度高、折邊刀位置合適,其折邊后連接處平整度和圓弧平順度也好。
目前常用的折邊設(shè)備如圖7所示,折邊設(shè)備主要由有以下幾部分構(gòu)成,包括:壓料塊、折邊模塊、動力系統(tǒng)、折邊床以及折邊床基座。由圖可見,折邊整套設(shè)備為一體式,而且每套設(shè)備只能對應(yīng)一套設(shè)備,因此柔性度差,成本高且維修困難。
3 汽車門蓋滾邊工藝與設(shè)備
工藝過程:整個滾邊過程一般分為三步,首先進(jìn)行的第一道滾邊,如圖8,將翻邊角度翻折為60°;之后進(jìn)行第二道滾邊,如圖9,將翻邊角度由60°折彎至30°;最后終滾邊,如圖10,將外板壓平,使得內(nèi)外板平行。
由于滾邊過程是機(jī)器人帶著滾輪沿零件繞一圈工作,每一道滾邊需要完整的走一圈,因此節(jié)拍較低,最高可以達(dá)到30JPH;正因為從一個位置滑移到下一個位置,因此與折邊工藝相比,在滾邊零件的翻邊處容易出現(xiàn)波浪或堆料缺陷。
滾邊設(shè)備由3三個主要組成部分:滾邊胎膜、機(jī)器人、滾輪系統(tǒng),機(jī)器人和滾輪為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。滾邊胎膜跟隨零件形狀而變化,由上胎膜和下胎膜作用是完成零件內(nèi)板定位和外板型面支撐,帶滾輪的機(jī)器人完成滾邊成型。機(jī)器人滾邊通過機(jī)器人控制器控制滾輪的運動軌跡和壓力及滾邊的速度等參數(shù)來實現(xiàn)。
4 折改滾分析
綜上所述,我們主要從產(chǎn)能、表面質(zhì)量、投資等幾個方面來綜合評價折邊與滾邊工藝的優(yōu)劣勢以及其適用的生產(chǎn)條件。
某公司配件生產(chǎn)遇到一情況如下:其部分門蓋零件在停產(chǎn)前的批量供應(yīng)是采用折邊工藝進(jìn)行生產(chǎn)的,由于種種原因,其配件生產(chǎn)時很難恢復(fù)原折邊生產(chǎn)方式,同時考慮到配件生產(chǎn)批量小但種類多的特點,恰好符合上述所分析的滾邊工藝特性,順理成章的采用滾邊工藝來實現(xiàn)其配件。
5 折改滾技術(shù)難點探討
5.1 折邊損耗、滾邊損耗與翻邊高度
內(nèi)外板單件通過滾邊或折邊得到的新的零件稱之為總成零件。在折邊或滾邊工藝中,外板單件零件在包內(nèi)板單件零件前后,其外輪廓大小會發(fā)生變化,一般而言,折邊或滾邊之后,與外板單件輪廓相比,總成輪廓會變小,其變小的量稱之為損耗量,這個損耗并不是零件材料消失了,而是指代輪廓變小了,看上去像是材料消失了。因此,折邊損耗是指外板零件折邊前后長度產(chǎn)生的變化量,滾邊損耗是指外板零件滾邊前后長度產(chǎn)生的變化量。
在汽車零件設(shè)計中,零件是先設(shè)計總成,之后設(shè)計單件,稱之為逆推法。在逆推的過程中,需要考慮滾折邊損耗。一般而言,由于兩種工藝和設(shè)備的條件限制,折邊工藝損耗量大于滾邊工藝損耗量,即折邊損耗大于滾邊損耗。因此,為了得到相同輪廓的總成,采用折邊工藝生產(chǎn)的單件輪廓大于采用滾邊工藝生產(chǎn)的單件輪廓;或者,從另外一個角度講,采用相同的外板單件,滾邊工藝得到的總成輪廓會大于折邊工藝得到的總成輪廓。
外板單件在滾折邊之前的法蘭邊高度稱之為翻邊高度。考慮到兩種工藝的特性,折邊是由一組折邊刀將外板翻邊直接向內(nèi)進(jìn)行翻折包住內(nèi)板,而滾邊是由機(jī)器人帶動滾輪由一端向另一端逐步向內(nèi)翻折,因此滾邊工藝在零件輪廓有過渡轉(zhuǎn)角的地方,也是滾輪離開的終點處容易產(chǎn)生物料堆積,所以在轉(zhuǎn)角處的翻邊高度值,滾邊工藝的小于折邊工藝的。
上述所說,某公司配件生產(chǎn)情況便是如此,而且規(guī)定,單件狀態(tài)與其批量生產(chǎn)期間相比,不做改變,僅工藝做變更,由折邊改為滾邊,要求得到質(zhì)量合格的零件。
5.2 折改滾質(zhì)量合格的含義
相對于折邊工藝,滾邊工藝所生產(chǎn)的零件在兩個方面可能會發(fā)生變化,一個是輪廓尺寸,由折邊損耗決定,一個是輪廓形狀和零件外表面平順度,由翻邊高度決定。
質(zhì)量合格,意味著折改滾后,零件狀態(tài)(即尺寸和外表面平順度)依然在批量零件要求的質(zhì)保公差范圍之內(nèi)。
5.3 折改滾技術(shù)難點及解決方案
5.3.1 保證折改滾后,零件輪廓尺寸符合公差要求
解決方案出發(fā)點有兩個,理論設(shè)計階段,胎膜和滾輪進(jìn)行特殊設(shè)計考慮;現(xiàn)場調(diào)試和質(zhì)量優(yōu)化階段,滾邊參數(shù)進(jìn)行特殊調(diào)校。
(1)滾邊胎膜進(jìn)行特殊設(shè)計,輪廓盡可能與外板單件翻邊棱線平齊,甚至略小于外板翻邊棱線。在實際設(shè)計胎膜過程中,一方面依據(jù)零件數(shù)模,另一方面由于實際生產(chǎn)中會出現(xiàn)零件狀態(tài)發(fā)生變化而數(shù)模并未隨之更新的情況,因此為了使胎膜狀態(tài)盡可能貼近實際零件狀態(tài),對零件采用光學(xué)掃描方式捕獲其實際型面狀態(tài),并采用軟件進(jìn)行擬合得到實際零件輪廓狀態(tài),然后采取此模擬數(shù)據(jù)修正理論數(shù)模數(shù)據(jù),從而使得胎模設(shè)計更為科學(xué)。(2)滾輪進(jìn)行特殊設(shè)計,在現(xiàn)場調(diào)試時,第一道滾邊時滾輪型面盡可能與翻邊底部棱線貼齊。(3)在現(xiàn)場調(diào)試時,第一道滾邊時滾輪型面盡可能與翻邊底部棱線貼齊的基礎(chǔ)上,增加滾輪壓力,將輪廓棱線盡可能往里推,以保證輪廓不要外擴(kuò),達(dá)到將零件外輪廓做小的目的。
5.3.2 保證折改滾后,零件輪廓形狀和零件外表面平順度符合Audit要求
此種問題解決過程主要在與現(xiàn)場調(diào)試與質(zhì)量優(yōu)化過程中,對滾邊工藝的具體方案進(jìn)行優(yōu)化。
(1)增加滾邊過程中滾輪循環(huán)次數(shù),減小每次滾邊時的翻轉(zhuǎn)角度,比如正常滾邊每道度數(shù)約為30-45度,可視具體情況減小為15-30度,此種方式代價是降低節(jié)拍。(2)改變滾輪運動方向,常規(guī)滾邊為了節(jié)拍考慮,一般是從一個方向一直滾至另一個方向至結(jié)束,這種方式是堆料產(chǎn)生的原因之一,而一次性滾邊長度越長,越容易導(dǎo)致堆料問題,但對于原本就是滾邊的零件來講屬于可接受范圍,對于折改滾的單件,采用此種方式之后,堆料問題會加重。因此為了減輕堆料問題,將一段長滾邊拆分為多段短滾邊,例如從兩端向中間分兩次進(jìn)行滾邊,可有效解決此問題,此種方式代價也是會降低節(jié)拍。
6 實例應(yīng)用與總結(jié)
以上折改滾工藝已成功用于某公司配件生產(chǎn)線中,采用折改滾的方式,雖然降低了生產(chǎn)節(jié)拍(由約30JPH降低至15JPH以下),但是降低了生產(chǎn)成本、設(shè)備維修成本,提高了生產(chǎn)線的柔性化程度。
由于配件需求量并不多,因此對生產(chǎn)節(jié)拍要求不高,一般情況下5JPH-10JPH即可滿足實際需求,綜合來看,折改滾的降低節(jié)拍也并不是其弊端,此工藝更改收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于損失,值得推廣至后續(xù)更多的折邊零件配件生產(chǎn)供應(yīng)中。
參考文獻(xiàn):
[1]王玨,李長光.汽車車門包邊技術(shù)綜述[J].電子機(jī)械工程,2000(4):54.
[2]宋宏偉.機(jī)器人滾邊技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用[J].機(jī)械工人:冷加工,2007(10):31-33.
[3]朱愛平,萬鋒.汽車白車身機(jī)器人滾邊質(zhì)量研究[J].中國商界,2010(8):341-343.
[4]聶輝,王娜.汽車車身包邊工藝及表面質(zhì)量分析[J].模具制造,2013,13(8):9-12.
[5]高恒勇.汽車開啟件機(jī)器人滾邊缺陷分析與調(diào)整[J].汽車與配件,2013(2):38-40.