铝板冲压件ID mark工艺排布的创新及应用

汽车工业在蓬勃发展的同时，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已成为世界汽车发展的潮流，汽车轻量化技术的研究已经成为未来汽车发展的必然趋势。铝合金材料具有一系列优良特性，如比重小，比强度高，良好的成形性能、力学性能、物理性能以及工艺性能。但由于铝板材料较软，在实际生产中相较于钢板更容易被硌伤。
 

ID mark即生产标识，是由一连串字母和数字组成，包含了零件号、班次号、变更级别号、年份、批次号等信息，是零件的身份证。当生产中出现质量问题，生产标识是质量排查追踪的重要信息，在生产中必不可少。
 

创新背景及意义
 

在生产中，X156机盖外板外观面上经常会出现硌伤，每批次都要多次停机擦模，严重影响了正常生产，造成了巨大浪费，也增加了工人的劳动强度，每批次返修率也非常高，约为16%，产生了大量返修件，影响了SPH、EE、FTC等考核指标。在跟踪调查中发现，制件ID mark附近产生的硌伤尤其多，约占所有硌伤区域的60%，图1为制件硌伤实物图。
 

受到各工序工作内容、冲压方向、模具结构等约束，机盖外板的ID mark被安排在OP20压出，压生产标识时会挤压出铝屑，这些铝屑会留在本序或带到后工序，从而导致制件硌伤。为了控制返修率，有效提高FTC，减少擦模停机，提高经济效益，改善和解决ID mark产生的铝屑非常必要。
 

ID mark工艺排布创新及方案设计
 

X156机盖内外板工艺方案

图1 制件硌伤

图2 各工序工艺内容

X156机盖内外板工艺方案共分为4序：OP10拉延，OP20修边、侧修边、冲孔、侧冲孔，OP30修边、侧修边、冲孔、二次切断，OP40整形、翻边、切边，如图2所示。由于自动化冲压线有5台压力机，所以第5台压力机不需要工作，设计为专门的空工位，空工位只是在自动化生产中起到传递制件的作用，不参与冲压件成形的工作。
 

ID mark工艺排布创新
 

经过分析研究，考虑到各工序工作内容，同时考虑到此零件生产时间紧张，每周2批次生产，且空工位为专用的，结合生产实际需要，创新性提出将生产标识由OP20移到空工位，此方案的优点如下：

⑴风险可控，即使方案调试不成功，仍可在OP20冲制生产标识，调试过程中可正常生产，对生产无影响。

⑵在空工位冲制生产标识，结构简单。

⑶易于调整，在调试过程中，遇到问题调整起来非常方便。

⑷可持续改进优化，在正式生产后，仍可不断地进行优化，如增加减重孔、改善生产稳定性等。

⑸成本低，整个方案费用为4000多元，包含了所有部件的加工和采购费用。
 

方案设计
 

⑴整体方案介绍。
 

在OP50空工位上增加一个气动装置，该装置通过螺钉紧固到空工位上，通过气缸打出生产标识，整体方案结构如图3所示，方案设计的生产标识位置和要求位置一致，如图4所示的红框区域。
 

气动装置的主体结构包含下模镶块（材质为Q235）、防侧块、生产标识安装块、气缸安装块、气缸、钢板焊接组件等，如图5所示。

⑵难点分析及对策。

在空工位上冲制生产标识，存在以下难点：

1)制件是由图6中所示的黄色托盘托起的，托盘下方无稳定支撑，无法精确定位。

图3 方案设计图

图4 生产标识位置

图5 主体结构三维图

图6 空工位图

图7 制件合边面高度
 

2)制件合边面高度只有7mm（图7），在如此窄的区域冲制生产标识，必须保证冲制的精度和稳定性。

3)无压料装置，冲制生产标识时，制件此区域外观面容易变形，出现凹坑缺陷。

针对以上问题，经过分析研究，制定了专门的对策：

1)专门设计下模镶块用于下模符形支撑，同时选用自带导向的气缸MGPM32-50，可保证冲制生产标识的精度。

2)下模镶块附近增加两处吸盘，如图8所示，保证制件到位稳定，防止在冲压生产标识过程中，制件抖动。

图8 气动装置实图
 

3)安装调速阀，控制气缸力，气缸力的大小要合适，气缸力过大，制件外观面会出现凹坑，气缸力过小，生产标识不清晰。
 

组装调试流程和注意事项
 

零部件加工和组装
 

将加工好的零部件进行组装，并安装到空工位上，同时安装吸盘、气管、调速阀等气路装置，重点关注以下两点：

⑴安装时要保证各个部件相对位置，要保证和设计的一致性。

⑵安装时保证下模镶块和其余托盘高低一致，要同时托起制件。

线下调试

为了减少线上调试时间，需对组装完成的结构进行线下调试优化，主要工作为以下两点：

⑴对下模镶块进行符形研合，保证下模镶块着色均匀，否则容易出现外观缺陷。

⑵通过调整调速阀来控制气缸冲制生产标识的力量，找到一个平衡点，力量太大制件外观容易出现缺陷，力量太小生产标识不清晰，达不到生产要求。

线上生产调试验证

线下调试合格后，需要进行线上调试验证，主要调试气源控制角度，调节好机械手放件、取件以及气缸和吸盘之间的相对运动关系，要保证图9所示的先后运动关系。

图9 运动关系

生产验证和经济效益

生产稳定，制件外观无缺陷

经过多批次生产验证，生产标识清晰，满足生产要求，同时生产标识附近区域，制件外观状态较好，未出现外观缺陷，产品质量可以得到有效保证。图10为机盖外板空工位生产实图。

图10 机盖外板空工位生产实图
 

返修率降低明显
 

该优化方案正式实施后，X156机盖外板在线返修率大幅降低，图11为方案实施前后每月在线返修率情况。方案实施后在线返修率由16%降低到6%，降低60%左右。

图11 X156机盖外板在线返修率
 

目前机盖外板每月产量约为6000件，方案实施后每月可减少返修600件。机盖外板返修通常需要两名工人协同工作，每个件返修时间约10min，这样每个月可节约200工时，全年可节约2400工时，每年可节省人工成本约13万元。
 

减少后工序擦模停机，提高设备使用效率
 

对此方案实施前后的停机情况进行统计后发现，本方案实施后，擦模停机时间降低44%，共减少98min，如图12所示。
 

从以上统计可以得出，一年共可减少停机392min，约合6.53h，每年大约可节省30万元停机费用。

图12 擦模停机时间
 

生产标识批次号更换更方便，时间更短
 

X156机盖外板生产标识在OP20冲制时，因生产标识在模具里面，更换生产标识中的批次号比较麻烦，需要使用天车将模具从模具存放区运送到模具维修区，并将模具上下模分开，占用模具维修场地，同时需要3个钳工进行协作，约用时25min，将生产标识移到空工位后，只需1个钳工在空工位存放区进行更换，不占用天车和维修场地，同时仅需5min。机盖外板每月生产7批次，每月可节约8.2工时，全年可节约98工时。
 

结束语

目前将ID mark移到空工位上的方案，经过长时间、多批次、大产量的验证，该方案稳定可靠，改善效果明显，经济效益突出，完全达到了设计预期。在可查阅到的资料及信息中，未曾有将生产标识安装到空工位上，且实现序列化生产的先例，本方案是在结合生产实际的情况下，首次创造性的将ID mark移到空工位上，以X156机盖外板为例，给生产中类似问题提供了很好的解决思路和方法。

—— 来源：《锻造与冲压》 2019年第2期