揭江弘，韋寶勝

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545000）

0　引言

目前汽車產(chǎn)品質(zhì)量普遍提高，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)已成為汽車企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的主要手段之一，成本控制能力成為決定各企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。因此，在不犧牲產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降本增效成為各大汽車廠商及零部件制造企業(yè)提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段車降本增效的重要途徑之一，隨著汽車輕量化的不斷發(fā)展和推廣，對(duì)于管材的應(yīng)用也越來越廣泛。彎管件與傳統(tǒng)的鑄鐵及沖壓板金件相比，在相同強(qiáng)度、韌性等需求前提下，金屬用量更少、加工工藝更簡(jiǎn)單，成型性能及承受多方向壓力耐疲勞性能更好。在這樣的背景下，彎管件加工工藝的優(yōu)劣與生產(chǎn)制造成本的高低的關(guān)系顯得越來越密切。本文就在副車架彎管實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到的問題進(jìn)行分析，并提出解決問題工藝優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了該零件的提質(zhì)、降本、增效。

1　副車架彎管產(chǎn)品簡(jiǎn)介

副車架是轎車底盤前橋的一個(gè)重要零件，是發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱的支撐構(gòu)建，受力比較復(fù)雜。而本文研究的對(duì)象——副車架彎管是副車架上連接副車架與車身的重要部件（如圖1）。由于同時(shí)要與副車架上下片進(jìn)行裝配焊接，同時(shí)副車架彎管上的鉆孔與軸套焊接后還要與車身上的孔緊密對(duì)接連接，對(duì)彎管件的彎管件的彎管精度、鉆孔位置和大小精度要求比較高。該副車架彎管原材料為φ50×3 mm厚的無縫管，材質(zhì)為Q345B，屈服強(qiáng)度σs=345 MPa，抗拉強(qiáng)度σb=510～600 MPa，伸長(zhǎng)率δ=21%，其產(chǎn)品圖如圖2 所示[1]。

圖1　副車架總成產(chǎn)品圖

圖2　副車架彎管產(chǎn)品圖

2　原生產(chǎn)工藝分析

2.1　原生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

生產(chǎn)工藝流程：切管→彎管→鉆孔→切除頭部→去除毛刺→裝箱。

原來該彎管件主要生產(chǎn)工藝有6道工序，一般市面采購(gòu)到的原材料大多是6 m～7 m長(zhǎng)的無縫管，彎管前需要把長(zhǎng)管切割成需要的長(zhǎng)度，然后使用CNC數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行彎管。常見的彎管形式有繞彎、推彎、滾彎、壓彎四種，而彎管機(jī)繞彎根據(jù)其有無芯棒又可以分為有芯彎管和無芯彎管，該副車架彎管使用的是數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行有芯繞彎（彎管原理圖如圖3）。彎管之后使用CNC加工中心鉆銑φ32的孔，并把鉆孔一端的尾料切除。最后為防止鉆銑的孔和切割端頭周邊毛刺影響后續(xù)裝配和焊接，最后需要員工手工進(jìn)行去毛刺。

圖3　有芯彎管原理圖

2.2　原生產(chǎn)工藝方案存在的問題概述

（1）防皺板損耗很大，調(diào)整花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。原來彎管容易起皺，需要防皺板，由于該無縫管表面粗超度遠(yuǎn)不如常見的焊管，管件較厚需要壓緊力大，故防皺板損耗很大。當(dāng)防皺板輕微磨損，就需要進(jìn)行位置調(diào)整，花費(fèi)很長(zhǎng)的工作時(shí)間。防皺板材質(zhì)為銅，切加工難度較高，成本很高。

（2）機(jī)加工刀具損耗大，加工精度差。一般的機(jī)加工鉆銑孔刀具下刀點(diǎn)都是平面，這樣刀片受力均勻平穩(wěn)，刀具損耗小，零件震動(dòng)也小，從而精度就好。而該零件因?yàn)橐趫A管上面鉆通孔，鉆銑下刀面為曲面，刀具受力不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)刀片崩刃、燒壞刀竿的現(xiàn)象，而且零件震動(dòng)很大，鉆出的孔尺寸不穩(wěn)定，成橢圓的較多，影響后續(xù)裝配和焊接。

（3）切除端頭材料利用率低，生產(chǎn)效率低且安全風(fēng)險(xiǎn)高。根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍，一臺(tái)機(jī)加工加工出來的零件需要專門一個(gè)人進(jìn)行切除端頭，切掉約25 mm長(zhǎng)的頭料，浪費(fèi)很大。且用圓盤鋸床切割，經(jīng)常出現(xiàn)刀片崩裂，安全風(fēng)險(xiǎn)很高。

（4）人工去除毛刺生產(chǎn)效率低，經(jīng)常有鐵屑飛出來，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

整套工序下來，該彎管生產(chǎn)成本很居高不下，提質(zhì)增效降本工作迫在眉睫。

3　副車架彎管生產(chǎn)工藝優(yōu)化方案及效果

3.1　彎管機(jī)導(dǎo)模力優(yōu)化及彎管芯棒尺寸優(yōu)化，取消防皺板

起皺是彎管過程中比較常見的缺陷模式，形成起皺的原因很多，包括管料本身的軟硬差異，彎管件的直徑、壁厚和彎曲半徑的相對(duì)關(guān)系，彎管模具的精度公差，以及彎管機(jī)參數(shù)的選擇等等。由于該副車架彎管直徑為φ50 mm，彎曲半徑達(dá)到了90°，壁厚3 mm，如果沒有防皺板，非常容易起皺。

優(yōu)化方案：優(yōu)化芯棒尺寸和芯棒位置。如圖4，優(yōu)化芯棒尺寸d，保證D2-d＜1 mm，同時(shí)優(yōu)化芯棒工作位置，使芯棒深入管內(nèi)開始彎曲處的距離e=10～15 mm；如圖5，慢慢增加導(dǎo)模壓力F，直至起皺現(xiàn)象消失（在不放管件的時(shí)候，大量增大F，導(dǎo)模壓入會(huì)撞到彎輪，嚴(yán)禁不放管件啟動(dòng)自動(dòng)彎管）。

圖4　芯棒工作位置示意圖

圖5　導(dǎo)模工作位置示意圖

優(yōu)化后效果：通過優(yōu)化芯棒尺寸及位置，大量增加導(dǎo)模壓力，使得該彎管在不需要防皺板的情況也不出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象，節(jié)省了防皺板的消耗，同時(shí)節(jié)省了調(diào)整的時(shí)間，大量降低了成本和提高了生產(chǎn)效率。

素質(zhì)教育的基本要求就是要始終以學(xué)生為本，要把課堂主體從教師真正的變?yōu)閷W(xué)生，而小組合作學(xué)習(xí)的最大特點(diǎn)就是它可以充分地凸顯出學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)探索能力和相互協(xié)作能力。學(xué)生以小組的形式建立共同的學(xué)習(xí)目標(biāo)，互相促進(jìn)互相補(bǔ)充互相豐富，還可以激發(fā)學(xué)生對(duì)英語學(xué)習(xí)的熱情和積極性，在有限的教學(xué)時(shí)間里提升了英語學(xué)習(xí)效率。

3.2　機(jī)加工夾具結(jié)構(gòu)優(yōu)化，去除切除尾料工序

在副車架彎管采用數(shù)控加工中心鉆銑孔的工藝，機(jī)加夾具在設(shè)計(jì)的時(shí)候主要考慮了用以將工件定位，以使工件獲得相對(duì)于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊，并且便于操作工快速進(jìn)行裝取工件。按照常規(guī)的設(shè)計(jì)思路，夾住鉆孔兩端，同時(shí)用另一直端直段內(nèi)孔定位，設(shè)計(jì)的機(jī)加夾具如圖6.經(jīng)過批量生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)，該機(jī)加夾具存在的主要缺點(diǎn)是材料利用率低及振動(dòng)大。主要由于鉆孔較大，該機(jī)加夾具要能夠夾緊工件，需在鉆孔一端擁有足夠的長(zhǎng)度用以?shī)A緊，鉆孔后再把延長(zhǎng)的工藝長(zhǎng)度切割掉，材料利用率低，切切割產(chǎn)生的損耗及安全風(fēng)險(xiǎn)很大。

圖6　機(jī)加工夾具（改進(jìn)前）

優(yōu)化方案：優(yōu)化夾具結(jié)構(gòu)，采用仿形支撐及壓塊，采用內(nèi)管內(nèi)脹式脹緊機(jī)構(gòu)。優(yōu)化后夾具結(jié)構(gòu)如圖7。采用仿形的支撐定位塊及壓塊，加大了彎管與夾具支撐、壓塊的接觸面積，同樣的壓力下可以使工件更加穩(wěn)定，從而不需要額外加長(zhǎng)管件用以裝夾壓緊。另一端采用內(nèi)部自定心撐開（脹緊）機(jī)構(gòu)，工件軸心與脹緊立柱軸心同心度更好，工件定位精度更高，且工件夾緊更加牢固。

圖7　機(jī)加工夾具（改進(jìn)后）

優(yōu)化后效果：通過機(jī)加工夾具的改進(jìn)優(yōu)化，提高了材料利用率，提高了零件的加工精度和裝夾可靠性。用改進(jìn)后的夾具，鉆孔后不需要再進(jìn)行切割，去除了切割工序，節(jié)省了人力、鋸片的投入，大大降低了制造成本，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，且大大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3　沖壓沖孔代替機(jī)加工鉆銑孔，去除去毛刺工序，降低刀片損耗

采用數(shù)控加工中心鉆銑孔的工藝批量生產(chǎn)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)機(jī)加工鉆銑用的刀片、刀桿損耗較大。由于鉆孔是在管面上進(jìn)行，下刀時(shí)刀片受力不均勻，很容易崩刃。并且零件震動(dòng)大，經(jīng)常出現(xiàn)燒刀等問題損壞刀竿。刀片及刀竿屬精密易耗品，價(jià)格很高，造成加工成本居高不下。并且鉆孔后毛刺朝外，容易傷手，影響后續(xù)裝配及焊接，需要用菠蘿鉆打掉毛刺，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鐵屑飛濺，風(fēng)險(xiǎn)較高。

優(yōu)化方案：從想法到實(shí)踐，經(jīng)過不斷驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)成功采用沖壓工藝實(shí)現(xiàn)該副車架彎管上直徑32 mm的孔的制造。沖壓模具結(jié)構(gòu)如圖8、9所示，在管件上沖孔的工藝本來就不容易，而要在直徑50 mm，壁厚3 mm的管件上沖壓出直徑32 mm的孔，對(duì)沖壓模具的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度提出很高的要求。團(tuán)隊(duì)巧妙的通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖頭、凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具選材等各個(gè)環(huán)節(jié)突破創(chuàng)新，使用簡(jiǎn)單的80～100 t機(jī)械式壓力機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)了批量穩(wěn)定沖孔[2]。

圖8　彎管沖孔模具結(jié)構(gòu)示意圖

圖9　彎管沖孔模具

優(yōu)化后效果：沖壓沖孔生產(chǎn)節(jié)拍比機(jī)加工鉆孔稍快，但是沖頭壽命更高，節(jié)省了大量的刀片損耗成本。切沖孔后毛刺不高，毛刺都朝向管內(nèi)，不影響后序裝配及焊接等，沖孔后無需進(jìn)行打毛刺，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，沖出來的圓孔質(zhì)量穩(wěn)定，克服了機(jī)加工鉆銑空由于震動(dòng)造成孔的偏心、橢圓等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

4　副車架彎管生產(chǎn)工藝優(yōu)化過程中的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新

本文介紹的副車架彎管生產(chǎn)工藝優(yōu)化過程，最大的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新價(jià)值體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

（1）工藝優(yōu)化思路的開拓。文章介紹了通過機(jī)械參數(shù)調(diào)整、工裝夾具的調(diào)整優(yōu)化，工藝方案的優(yōu)化等優(yōu)化方式，實(shí)現(xiàn)了零件制造過程的優(yōu)化和提質(zhì)增效降本，為零部件制造過程的工藝優(yōu)化提供了較高的參考價(jià)值。

（2）管件類零件機(jī)加工夾具的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。采用仿形支撐及壓塊，并且采用內(nèi)管內(nèi)脹式脹緊機(jī)構(gòu)，優(yōu)化了零件結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，為類似的管件裝夾夾具的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

（3）管件類零件沖孔工藝創(chuàng)新。采用該模具結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)批量厚管的生產(chǎn)應(yīng)用，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，對(duì)類似管件打孔提供很好的參考，為如何使用簡(jiǎn)陋設(shè)備、簡(jiǎn)單工裝實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)提供了很巧妙的思路。

5　結(jié)束語

優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝流程：切管→彎管→沖孔→裝箱。

由此可見，經(jīng)過一系列的生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化，副車架彎管生產(chǎn)工序由原來的六道序變成了四道序，節(jié)省了人員，降低了防皺板、刀片、鋸片等大量損耗，同時(shí)提高了零件的制造精度及穩(wěn)定性，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，從而大大降低了零件的制造成本。

在汽車零部件成本壓力越來越大的背景下，如何在不犧牲質(zhì)量的前提下降低零部件的制造成本，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、降本、增效，本文介紹的副車架彎管生產(chǎn)工藝優(yōu)化過程在思路上及某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝方案上的創(chuàng)新應(yīng)用都具有較好的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]安繼儒，郭 強(qiáng)．金屬材料手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[2]王孝培．沖壓手冊(cè)[M]．3 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012．