張 喆，張 剡，謝 毅

(中汽研汽車工業(yè)工程(天津)有限公司，天津 300300)

客車板管材下料裝備的水平是影響整車質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。由于我國客車行業(yè)發(fā)展較晚，在客車制造裝備的發(fā)展、創(chuàng)新和研究上較國外還存在明顯的差距。但與此同時(shí)，在國家政策的鼓勵(lì)與推動(dòng)下，客車技術(shù)門檻不斷提升，落后產(chǎn)能將會(huì)被淘汰。

1 板管材下料現(xiàn)狀及問題

1.1 板材下料現(xiàn)狀及問題

目前，很多客車廠板材下料主要將整板切割成小長條后再將長條板切割成目標(biāo)大小的埋板。通過工人計(jì)算客車需要的對(duì)應(yīng)零部件板材大小，將1 500 mm×2 500 mm、厚1.0～5.0 mm的整塊板材利用剪板機(jī)剪切成小板，工人在小板上利用等離子切割機(jī)手工完成作業(yè)。

這種方式加工后的板材尺寸誤差大及表面質(zhì)量低，特別是需要開孔的板材,比如說加熱器艙板材、電瓶艙板材、踏步板材、儀表臺(tái)板材等,手工切割的圓形和弧形都有不平整毛刺,對(duì)線束、管套都有較高的磨損風(fēng)險(xiǎn),也可能會(huì)影響密封性,造成漏灰、漏水的可能。

這種加工方式還導(dǎo)致板材利用率較低，由于沒有進(jìn)行統(tǒng)一的套料計(jì)算,浪費(fèi)較嚴(yán)重;效率也較低,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且用人成本也很高;板材尺寸主要掌握在工人手里,導(dǎo)致無法掌控尺寸的正確性;如果有經(jīng)驗(yàn)員工離職,可能造成新員工無法替代的情況。

另外，生產(chǎn)環(huán)境也較差,由于等離子切割機(jī)無專門的吸塵裝置,設(shè)備產(chǎn)生的粉塵對(duì)員工的職業(yè)健康易產(chǎn)生危害。

1.2 管材下料現(xiàn)狀及問題

目前，很多客車廠管材下料主要采用金屬圓鋸機(jī)、砂輪切割機(jī)及開式可傾壓力機(jī)等。金屬圓鋸機(jī)及砂輪切割機(jī)用于方管下料及折彎件切斷。開式可傾壓力機(jī)主要用來沖方管的排液孔及側(cè)艙門扒角等小件。

采用砂輪切割機(jī)及金屬圓鋸機(jī)下料成本較高(砂輪片及圓鋸片經(jīng)常換)。此外，砂輪用久了容易過度磨損造成飛濺，成為安全隱患。由于很多企業(yè)沒有管材加工料單，這些加工數(shù)據(jù)掌握在工人手里,工藝人員無法知道圖紙尺寸是否符合生產(chǎn)要求,無法追蹤料單正確性。管材成品精度不足,金屬圓鋸機(jī)鋸切效率較低。開式可傾壓力機(jī)對(duì)模具的破壞較大,員工操作危險(xiǎn),設(shè)備噪聲大,生產(chǎn)效率比較低，無法滿足大批量生產(chǎn)。一些角度比較大的斜撐沖U型排液孔比較困難,沖出來的U型孔較小,可能會(huì)影響電泳排液效果。

2 問題解決方案

2.1 板材下料問題解決方案

板材的下料問題解決方案有兩種：一種是采用數(shù)控等離子切割機(jī)；另外一種是采用數(shù)控激光切割機(jī)。

2.1.1 數(shù)控等離子切割機(jī)進(jìn)行板材下料

用數(shù)控等離子切割機(jī)代替手工切割的方式進(jìn)行板材下料，可以提高尺寸精度和加工精度[1]。另外，選擇帶有編程軟件的設(shè)備可以提前模擬板材使用情況，從而有計(jì)劃地提高利用率。此外，配置的排煙除塵系統(tǒng)可以解決作業(yè)環(huán)境影響工人健康等問題[2]。

數(shù)控等離子切割機(jī)在切割客車常用厚度5 mm以下板材時(shí)，切割平均速度在2 m/min,切割精度能夠達(dá)到誤差在全局0.3 mm以內(nèi)[3]。

優(yōu)點(diǎn)是能切割厚22 mm以內(nèi)鋼板，并且可以在一定程度上提高尺寸精度、加工精度及加工效率。缺點(diǎn)是只適用于精度要求不高的客車企業(yè)，無法滿足焊接機(jī)器人對(duì)焊接工件的精度要求。對(duì)于年產(chǎn)能高的企業(yè)，無法滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求。

2.1.2 數(shù)控激光切割機(jī)進(jìn)行板材下料

用數(shù)控激光切割機(jī)代替手工切割的方式進(jìn)行板材下料，也可以提高尺寸精度和加工精度。另外，選擇帶有編程軟件的設(shè)備可以提前模擬板材使用情況，從而有計(jì)劃地提高利用率。此外，配置的排煙除塵系統(tǒng)可以解決作業(yè)環(huán)境影響工人健康等問題[4]。

數(shù)控激光切割機(jī)在切割過程中具有割速快、割縫小等特點(diǎn)。選配不同功率的光纖激光器，能對(duì)各種金屬和材料進(jìn)行切割打孔高速精密加工，配合跟隨式動(dòng)態(tài)調(diào)焦裝置。在切割過程中，始終能夠保持切割品質(zhì)如一[5]。

數(shù)控激光切割機(jī)對(duì)于1 mm厚度的薄板擁有絕對(duì)性優(yōu)勢(shì)，切割速度能夠達(dá)到16 m/min。切割精度能夠達(dá)到誤差在全局0.05 mm以內(nèi)。

優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于客車常見的5 mm以下厚度的鋼板不僅可以最大限度地提高尺寸精度、加工精度及加工效率，更可以預(yù)留智能化接口，為實(shí)現(xiàn)未來多機(jī)并行、智能制造提供可能。而且可以滿足焊接機(jī)器人對(duì)焊接工件的精度要求。缺點(diǎn)是設(shè)備采購成本高，數(shù)控激光切割機(jī)的價(jià)格是數(shù)控等離子切割機(jī)的幾倍，只適用于年產(chǎn)能較高的大型客車企業(yè)。

在中低產(chǎn)能且考慮成本的情況下,建議薄板類切割設(shè)備(1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm板材)使用數(shù)控激光切割機(jī);2～5 mm厚度的板材主要使用數(shù)控等離子切割。在高產(chǎn)能并對(duì)質(zhì)量要求非常嚴(yán)格的情況下，需要全部使用數(shù)控激光切割機(jī)進(jìn)行加工。

2.2 管材下料問題解決方案

管材下料問題的解決方案較為復(fù)雜。因?yàn)楣懿南铝戏譃楣懿膯为?dú)切割及管材切割加沖孔兩種型式，而管材切割又分為直口切割和斜口切割兩種方式。

本文綜合考慮企業(yè)產(chǎn)能、設(shè)備成本、加工效率等因素，將解決方案分為管材切割直口、管材沖孔以及管材切割斜口加沖孔3種。

2.2.1 管材切割直口解決方案

考慮到客車廠產(chǎn)品的多樣性及生產(chǎn)特性，該方案采用結(jié)合全自動(dòng)切管生產(chǎn)線及金屬帶鋸床兩種設(shè)備并行，解決了成品精度不足、鋸切效率較低以及安全隱患等問題。

全自動(dòng)切管生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是可切割鐵、不銹鋼、銅、鋁等多種金屬，擴(kuò)展性好；另外，可對(duì)不同規(guī)格的材料進(jìn)行自動(dòng)切割,生產(chǎn)效率極高,且無安全隱患。加工時(shí)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入及存儲(chǔ)，全自動(dòng)上下料。以切50 mm×40 mm×2.0 mm,長度700 mm方鋼為例,平均每小時(shí)可以切1 000根左右[6]。缺點(diǎn)是設(shè)備采購價(jià)格較高。

金屬帶鋸床，相比全自動(dòng)切管生產(chǎn)線，不能自動(dòng)上下料，也不能對(duì)不同規(guī)格的材料進(jìn)行自動(dòng)加工，只適用于大批量同規(guī)格材料鋸切,性能穩(wěn)定,效率較現(xiàn)狀高，但比全自動(dòng)切管生產(chǎn)線低。切割1捆方管(100根左右),大概用時(shí)20 min。

2.2.2 管材沖孔解決方案

該方案采用液壓沖床和沖磷化孔機(jī)并行，解決了安全、加工效率以及電泳排液效果等問題。

液壓沖床噪聲小，下壓行程具有快進(jìn)和工進(jìn)兩種速度,快進(jìn)提高工作效率,工進(jìn)速度可任意調(diào)節(jié),保護(hù)模具,提高產(chǎn)品質(zhì)量，適合應(yīng)用在常規(guī)落料、沖孔的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)行彎曲、成型、淺拉伸等一些復(fù)雜工藝[6]。液壓沖床的優(yōu)點(diǎn)是比沖磷化孔機(jī)價(jià)格便宜，但加工效率比沖磷化孔機(jī)低。如果企業(yè)需要保證電泳質(zhì)量，從而加工大量磷化孔的話，還是要以沖磷化孔機(jī)作為主要加工設(shè)備[7]。

沖磷化孔機(jī)用于矩形管端頭開電泳磷化孔。生產(chǎn)效率高。以加工50 mm×50 mm×2.0 mm兩端直角的長度700 mm矩形管為例,單頭單面加工U型孔,大約為30件/min[8]。

2.2.3 管材切割斜口加沖孔解決方案

該方案采用數(shù)控激光切管機(jī)解決了成品精度不足、鋸切效率較低、安全隱患及電泳排液效果等問題。

管材切割斜口加沖孔解決方案與管材直口方案有所不同，區(qū)別在于此設(shè)備能夠同時(shí)把管及U型孔、穿線孔一次加工成型,不僅節(jié)省了物料搬運(yùn)及上下料等加工輔助時(shí)間，而且節(jié)省了沖床及沖磷化孔機(jī)的設(shè)備投資等，極大地提高了生產(chǎn)效率[9]。

該數(shù)控激光切管機(jī)可對(duì)碳鋼、不銹鋼、鋁合金等多種材料的圓管、方管、矩形管以及其他異形管等型材進(jìn)行高速、高質(zhì)量切割,自動(dòng)上料。可一次性切割管材,包括直口件和斜口件兩者的排液孔、穿線孔。不用導(dǎo)入圖紙。以50 mm×50 mm×2.0 mm規(guī)格, 角度45°,平行四邊形,長度500 mm,兩端開U型孔,側(cè)面開2個(gè)25 mm穿線孔為例,每根加工時(shí)間為15 s左右[10]。

缺點(diǎn)是數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)備一次性投入較大，和全自動(dòng)切管生產(chǎn)線一樣，只適用于年產(chǎn)量較大的客車企業(yè)。

3 結(jié)束語

隨著客車產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，落后產(chǎn)能的淘汰以及客戶對(duì)品質(zhì)要求的不斷提高，生產(chǎn)設(shè)備也在不斷完善。板管材下料是客車生產(chǎn)的首道工序，需要根據(jù)企業(yè)自身的實(shí)際情況(節(jié)拍、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備投資和土地使用面積等)，選擇最適應(yīng)企業(yè)本身的工藝設(shè)備，力爭(zhēng)使客車前端工序質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)，效率最高，從而提高客車整體競(jìng)爭(zhēng)力。