淺析鋁車身沖壓生產技術及注意事項

江淮蔚來作為國內自主品牌所生產的第一款全鋁車身汽車，先了解一下沖壓生產過程。
 

和傳統鋼板生產一樣，沖壓生產分為：來料→拆垛分張→對中→拉延→切邊沖孔等工序→檢驗→裝箱，還有輔助工序：模具維修、工件返修等。區別主要在拆垛、分張及傳輸過程中。下面從人、機、料、法、環五個方面簡要分析。

人力資源作為沖壓生產成本的主要組成部分，將來大部分會被機器所替代，但目前來說是無法做到的，尤其是檢驗、維修、返修等相對技術要求較高的人員。相對于鋼板生產來說，由于鋁合金可塑性好的特性，出現產品缺陷的幾率高，所需要的檢驗、返修人員也多，項目初期，側圍等重難點件的返修率幾乎高達100%。檢驗人員要能準確、高效的判斷產品缺陷，返修人員要快速的修復產品缺陷，該兩類人員雖然是沖壓輔助工種，但也是鋁合金生產交付過程至關重要的，占整個沖壓人員約50%。其余操作人員和模具維修人員相較于鋼板生產可以正常配備。
 

壓力機為沖壓生產的關鍵設備，機器人為自動傳輸的設備。目前自動化生產線為新建沖壓標配，但部分工廠還使用人工上下料的原有舊設備。鋁合金對于壓力機的要求來說，主要體現在第一臺。原先第一臺為多連桿壓力機，其中八連桿、六連桿較為普遍，隨著伺服控制技術的應用，進口及國產大噸位伺服壓力機也得到認可。近幾年主機廠新建工廠中，涉及到鋁合金生產的，都配備伺服壓力機。伺服壓力機主要優勢為其曲線可控，即滑塊速度曲線可控，尤其是拉延過程，速度可以控制在300mm/s以內，最低可以達到125mm/s，相較于傳統壓力機，速度降低約50%以上，拉延速度的降低給板料減薄過程中的材料流動提供充足的時間，有效提高了產品成形質量，這在我們現場也得到了充分的驗證。

在自動傳輸設備中，除了機器人外，還有拆垛分張、傳輸皮帶等輔助自動設備。相較于鋼板，這一部分的影響最大，最直接。因為鋁合金不能磁化的特性，拆垛分張設備不能使用傳統的磁力分張，需要風刀和機械輔助組合結構共同完成，其中風刀為壓縮空氣快速噴射通過板料縫隙將板料分開，機械為齒狀輔助抬高，根據不同的形狀還需增加防跑偏等機構。另一種影響較大的設備為傳輸皮帶，在線首拆垛后，通過皮帶機傳輸至清洗涂油機處，再傳輸通過雙料檢測，最后達到對中區域，整個過程傳輸3次，目前效果最好的為真空吸附式皮帶機，因我司設計為鋼鋁混合式，考慮到摩擦力、鋼板的通用性等原因，設備采用原有磁性皮帶。對于大型零件效果無問題，但小型零件由于皮帶間隙過大，自重過小摩擦力減小的原因，容易出現跑偏現象。
 

起吊容易變形

板料方面，鋁合金主要有三個方面問題。第一，有效期：汽車鋁合金主要使用5系、6系鋁合金，有效期6個月，經過中間流轉的環節，工廠有效期3個月；第二，清潔度：在流轉及現場存放過程，鋁合金表面清潔度要保證，否則容易出現缺陷；第三，防變形：在流轉運輸過程，頻繁的移動容易使鋁板變形，尤其在沖壓線首上料過程，建議使用叉車上料，行車流轉容易變形。

鋁合金生產主要工藝方法和鋼板是一致的，但細節方面需要特別設計，比如回彈量、刀口間隙值、定位孔尺寸等，主要針對回彈、鋁屑、孔變形等問題。檢測方法還是采用傳統人工判斷，以眼看、手摸、油石等手段，隨著科技的發展，視覺或掃描等設備的不斷完善，相信未來可以實現自動檢測。
 

環境要求：潔凈度、溫度，這兩部分對鋁合金生產影響大，其中潔凈度低會造成外表件凸包的缺陷，目前沖壓車間尤其是設備內部地面要進行環氧地坪或者耐磨地坪，車間其余地方耐磨地坪，邊角部位難以處理的，可以做局部環氧地坪。車間實行封閉且微負壓設計，避免外部灰塵進入。
 

鋁屑（上）

油膜（下）

車間物流出入口設計在一側，并設置快速卷簾門，物料轉移使用叉車在外部裝卸，最大限度的保證潔凈度。溫度方面，考慮車間送冷風，一方面改善員工作業環境，另一方面，保證沖壓生產線封閉內部溫度不高于35℃，利于鋁合金表面油膜的保持。

由于經驗欠缺，我們在生產線建設過程發現了一些問題，雖然及時改正了，但需特別關注，在后期項目中予以避免。

自動化方面

從節拍及穩定性方面，傳輸設備優先推薦單臂機械手，其次雙臂機械手。由于各方面原因，我們選用機器人，節拍7～11spm，單臂機械手可以達到9～13spm，雙臂機械手可以達到10～15spm，還有一些更加優秀的，根據自己的規劃產量及投入資金選擇。拆垛分張要充分考慮板料形狀、尺寸，做好防跑偏、分張效果等方面的驗證，保證分張的效果，建議氣刀和機械組合使用；皮帶機強烈要求帶真空吸附式皮帶，鋼鋁通用性好，傳輸穩定。

毛刺引起的開裂

壓力機方面

壓力機首選伺服壓機，國產伺服壓機的表現也在提升，電機型號和布置方式要重點考慮維修方便性和可靠性。隨著氮氣缸在模具上的普遍使用，后續壓機噸位要適當提高，建議主機廠主流較大車型1300噸（或1250噸）。隨著各種車型外觀的復雜化，沖壓工序在增加，五序為最少配置，建議整線噸位配置2500+1300×3。研配壓機和試模壓機之間，推薦試模壓機，因為鋁合金模具在調試期間對機床的需求多，如果選擇研配壓機，需要占用主線資源配合研修模具，正式生產過程鋁合金對模具的要求也高于鋼板，試模壓機更適合。如果最后選擇研配壓機，噸位建議不低于350噸，配備慢速回程功能，以適應氮氣缸的反彈力對機床的影響。

返修設備

鋁合金板的返修率高于鋼板，返修過程會產生大量鋁粉，屬于易爆危險區域，所以需要專業的除塵設備，建議選擇濕式除塵設備，并做好安全、環評等的設計。

傳感器

隨著自動化程度的提高，各種傳感器的應用也在擴大，例如溫度傳感器、距離傳感器、雙料檢測傳感器、重量傳感器等，其中雙料傳感器為自動化拆垛、傳輸、端拾器等過程和部件上使用，因為鋁板與鋼板的不同，需要采用適合鋁板的雙料檢測探頭，建議通過式雙料檢測和接觸式雙料檢測配合使用，提高雙料檢測的準確性；溫度傳感器主要應用在壓力機主傳動關鍵部位，例如軸承、銅套、主軸等，通過溫度監測關鍵部位的狀態；距離傳感器應用在接近開關、末料檢測等方面，針對傳感器的型號和適用范圍，選擇合適的傳感器，保障設備的安全穩定運行。

以上基于鋁合金的特殊性做了相關注意事項的提醒，下面從客戶使用者的角度，提一個建議。

地坑為沖壓線附屬的一部分，通常布置液壓站、儲能電機（伺服壓機）、廢料輸送線等，也是壓力機底部維修的重點活動范圍。地坑設計時一要考慮設備的布置，二要考慮各種設備維修的方便性，這也是設計工程師容易忽略的一點，我們在設計中未考慮設備的維修，地坑設備布置緊湊，維修通道狹窄，作業困難，且未預留起吊口，給后期的維修帶來極大的不便。這一點廣汽菲克長沙工廠值得學習，地坑寬度為普通工廠的兩倍，設備布置整齊，維修通道順暢，敞亮大氣。

鋁合金生產，也沒有傳說中那么神秘和困難，提前針對鋁合金的特殊性做好設計，過程認真核對，同樣可以建設一條高效的生產線！失誤并不可怕，只要及時改正，吸取教訓，總結經驗，鋁合金沖壓生產線將越來越成功。