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量的關鍵因素之一。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，在國家政策的鼓勵與推動下，客車技術門檻不斷提升，落后產能將會被淘汰。

1 板管材下料現狀及問題

1.1 板材下料現狀及問題

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大小的埋板。通過工人計算客車需要的對應零部件板材大小，將1 500 mm×2 500 mm、厚1.0～5.0 mm的整塊板材利用剪板機剪切成小板，工人在小板上利用等離子切割機手工完成作業(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、儀表臺板材等,手工切割的圓形和弧形都有不平整毛刺,對線束、管套都有較高的磨損風險,也可能會影響密封性,造成漏灰、漏水的可能。

這種加工方式還導致板材利用率較低，由于沒有進行統一的套料計算,浪費較嚴重;效率也較低,工人勞動強度大,而且用人成本也很高;板材尺寸主要掌握在工人手里,導致無法掌控尺寸的正確性;如果有經驗員工離職,可能造成新員工無法替代的情況。

另外，生產環(huán)境也較差,由于等離子切割機無專門的吸塵裝置,設備產生的粉塵對員工的職業(yè)健康易產生危害。

1.2 管材下料現狀及問題

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

采用砂輪切割機及金屬圓鋸機下料成本較高(砂輪片及圓鋸片經常換)。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，這些加工數據掌握在工人手里,工藝人員無法知道圖紙尺寸是否符合生產要求,無法追蹤料單正確性。管材成品精度不足,金屬圓鋸機鋸切效率較低。開式可傾壓力機對模具的破壞較大,員工操作危險,設備噪聲大,生產效率比較低，無法滿足大批量生產。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：一種是采用數控等離子切割機；另外一種是采用數控激光切割機。

2.1.1 數控等離子切割機進行板材下料

用數控等離子切割機代替手工切割的方式進行板材下料，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備可以提前模擬板材使用情況，從而有計劃地提高利用率。此外，配置的排煙除塵系統可以解決作業(yè)環(huán)境影響工人健康等問題[2]。

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

優(yōu)點是能切割厚22 mm以內鋼板，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。缺點是只適用于精度要求不高的客車企業(yè)，無法滿足焊接機器人對焊接工件的精度要求。對于年產能高的企業(yè)，無法滿足生產節(jié)拍要求。

2.1.2 數控激光切割機進行板材下料

用數控激光切割機代替手工切割的方式進行板材下料，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備可以提前模擬板材使用情況，從而有計劃地提高利用率。此外，配置的排煙除塵系統可以解決作業(yè)環(huán)境影響工人健康等問題[4]。

數控激光切割機在切割過程中具有割速快、割縫小等特點。選配不同功率的光纖激光器，能對各種金屬和材料進行切割打孔高速精密加工，配合跟隨式動態(tài)調焦裝置。在切割過程中，始終能夠保持切割品質如一[5]。

數控激光切割機對于1 mm厚度的薄板擁有絕對性優(yōu)勢，切割速度能夠達到16 m/min。切割精度能夠達到誤差在全局0.05 mm以內。

優(yōu)點是對于客車常見的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，更可以預留智能化接口，為實現未來多機并行、智能制造提供可能。而且可以滿足焊接機器人對焊接工件的精度要求。缺點是設備采購成本高，數控激光切割機的價格是數控等離子切割機的幾倍，只適用于年產能較高的大型客車企業(yè)。

在中低產能且考慮成本的情況下,建議薄板類切割設備(1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm板材)使用數控激光切割機;2～5 mm厚度的板材主要使用數控等離子切割。在高產能并對質量要求非常嚴格的情況下，需要全部使用數控激光切割機進行加工。

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雜。因為管材下料分為管材單獨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)產能、設備成本、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

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

全自動切管生產線的優(yōu)點是可切割鐵、不銹鋼、銅、鋁等多種金屬，擴展性好；另外，可對不同規(guī)格的材料進行自動切割,生產效率極高,且無安全隱患。加工時可以進行數據輸入及存儲，全自動上下料。以切50 mm×40 mm×2.0 mm,長度700 mm方鋼為例,平均每小時可以切1 000根左右[6]。缺點是設備采購價格較高。

金屬帶鋸床，相比全自動切管生產線，不能自動上下料，也不能對不同規(guī)格的材料進行自動加工，只適用于大批量同規(guī)格材料鋸切,性能穩(wěn)定,效率較現狀高，但比全自動切管生產線低。切割1捆方管(100根左右),大概用時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，下壓行程具有快進和工進兩種速度,快進提高工作效率,工進速度可任意調節(jié),保護模具,提高產品質量，適合應用在常規(guī)落料、沖孔的基礎上，還可以進行彎曲、成型、淺拉伸等一些復雜工藝[6]。液壓沖床的優(yōu)點是比沖磷化孔機價格便宜，但加工效率比沖磷化孔機低。如果企業(yè)需要保證電泳質量，從而加工大量磷化孔的話，還是要以沖磷化孔機作為主要加工設備[7]。

沖磷化孔機用于矩形管端頭開電泳磷化孔。生產效率高。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

該方案采用數控激光切管機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)別在于此設備能夠同時把管及U型孔、穿線孔一次加工成型,不僅節(jié)省了物料搬運及上下料等加工輔助時間，而且節(jié)省了沖床及沖磷化孔機的設備投資等，極大地提高了生產效率[9]。

該數控激光切管機可對碳鋼、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行高速、高質量切割,自動上料?？梢淮涡郧懈罟懿?包括直口件和斜口件兩者的排液孔、穿線孔。不用導入圖紙。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,側面開2個25 mm穿線孔為例,每根加工時間為15 s左右[10]。

缺點是數控激光切割機設備一次性投入較大，和全自動切管生產線一樣，只適用于年產量較大的客車企業(yè)。

3 結束語

隨著客車產業(yè)的升級，落后產能的淘汰以及客戶對品質要求的不斷提高，生產設備也在不斷完善。板管材下料是客車生產的首道工序，需要根據企業(yè)自身的實際情況(節(jié)拍、質量標準、設備投資和土地使用面積等)，選擇最適應企業(yè)本身的工藝設備，力爭使客車前端工序質量達到最優(yōu)，效率最高，從而提高客車整體競爭力。