干式清洗机在外覆盖件冲压生产中的应用

文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2021-08-14
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本文经过对干式清洗机与湿式清洗机进行参数比较并结合在汽车主机厂中的使用情况进行探究,得出干式清洗机在多方面优于湿式清洗机的结论。论。

随着汽车工业的不断发展,伺服式冲压生产线的综合利用率(OEE)和外覆盖件的一次合格率(FTC)得到了广泛关注。本文经过对干式清洗机与湿式清洗机进行参数比较并结合在汽车主机厂中的使用情况进行探究,得出干式清洗机在多方面优于湿式清洗机的结论。

伺服式冲压生产线目前被应用到大部分冲压车间,与普通机械生产线相比,伺服式冲压生产线的综合利用率(OEE)和外覆盖件的一次合格率(FTC)较高。坑、包质量缺陷是影响OEE 和FTC 的主要因素。北京奔驰冲压工厂2019 年冲压质量数据(图1)表明,拉延模具(OP10)的异物硌伤所造成的返修数占到总返修数的60% 以上,生产时清洁OP10 所造成的停机也严重影响了产线OEE。

目前用于开卷线和伺服式冲压生产线的清洗机主要分为湿式清洗机和干式清洗机。

湿式清洗机采用清洗油对板料进行清洗,板料通过引入辊进入机器内部,在刷辊处使用大量清洗油清洗板料上下表面,通过两组挤干辊去除残油。但湿式清洗机在实际应用的过程中存在油量污染生产线环境,以及不利于板料残油量控制,对拉延模具OP10 中板料流动有影响等问题。

干式清洗机采用条形清洁刷作为清洗机的核心元件,减少了清洗油对板料残油的影响,由于干式清洗机是国外引进的先进技术,在国内整体应用较少,关于干式清洗机在主机厂中的实际应用鲜有报道。

本文针对北京奔驰冲压工厂MFA 冲压车间伺服式冲压生产线干式清洗机在外覆盖件生产中的实际应用表现及生产中遇到的问题改善进行相关论述,为干式清洗机在主机厂中的推广提供理论依据。

干式清洗机的结构和运行方式

干式清洗机作为一种新的技术,在国际上得到了广泛应用。北京奔驰冲压工厂MFA 冲压车间于2017 年正式序列化生产,伺服式冲压生产线上采用了干式清洗机技术。

清洗机的主体结构如图2 所示,结构1 为条形清洁刷,结构2 为气动压力缓冲器,结构3 为上/ 下清洁模块,结构4 为压料辊。清洗机内部垂直于板料输送方向设置有上/ 下两组清洁模块,清洁模块以条形清洁刷为清洁主体结构。条形清洁刷前后分别设置有一组压料辊,当清洗机运行时,压料辊下行并压住板料,使条形清洁刷与板料上下表面接触。上/ 下条形清洁刷通过气动压力缓冲器持续压在产品表面上,在清洁过程中,条形清洁刷可上下移动,当通过板料厚度不均匀时,清洗机可通过气动压力缓冲器保证板料的清洁质量。

北京奔驰采用的干式清洗机,利用已获专利的Wandres Ingromat 微湿润工艺,喷头在条形清洁刷的刷丝表面上喷洒非常薄的一层Ingromat(抗静电清洁剂)液体膜层,微粒会粘附在清洁刷上得到有效清除,而清洁的板料表面将保持干燥。

Ingromat 清洁刷也可清除表面的静电荷,从而防止板料吸附环境空气中的粉尘造成再次污染。

上/ 下清洁模块中带有条形毛刷的自清洁装置,其结构如图3 所示,其中1 处为自清洁喷嘴,2 处为旋转刮刀。条形皮带刷首先经过2 处,干刷表面上携带的脏污会在此处被旋转刮刀打散,随后会经过1 处,自清洁喷嘴会喷出高压气流,将干刷上的脏污带出,带出的脏污将被抽吸单元吸入离心机中进行分离,从而完成皮带的清洁。3 处为Ingromat清洗剂喷头装置,清洗剂在3 处均匀地喷涂在清洁后的条形皮带刷上,使皮带刷呈微湿润状态,之后再对板料进行清洁。

湿式清洗机的基本原理

湿式清洗机工作原理为清洗油通过喷嘴喷洒到板料上下表面,通过挤干辊挤干板材表面残油,达到清洗、清洁板材的目的(挤干辊原理如图4 所示)。北京奔驰冲压工厂生产线使用的清洗油是戴姆勒指定的福斯品牌,清洗油粘度由15 mm²/s换成了8 mm²/s。

湿式清洗机与干式清洗机的成本对比

1.湿式清洗机成本  

单次更换数量是12 桶(价格约为5 000 元/ 桶), 更换周期是1 次/2 月, 每年约为360 000 元。清洗油属于消耗品,每2 周需要补加1 桶,加油消耗成本是10 000 元/ 月、120 000元/ 年。 挤干辊数量有2 组共4根。挤干辊价格是60 万元/ 组,总价格是120 万元,维修费用20 万元/ 组。

2. 干式清洗机成本

毛刷更换时间3 000 h 左右。毛刷采购价4 644 元/ 根, 4 根共18 576 元。清洗剂平均消耗是1 桶/ 月(含开卷线+ 伺服线),采购价格28 800 元/ 桶。

干式清洗机在外覆盖件的应用效果

1. 开卷线外板板料的清洁效果

开卷线设备有两道清洗环节:钢料清洗机、铝料清洗机,用于清洗钢/ 铝材质的卷料。根据现场实践,开卷线使用两道清洗环节,可有效保证板料表面和侧壁的清洁度。

开卷线的第一道清洗(钢料清洗机)环节在切掉料头后第一次清洁卷料表面,作用是去除卷料表面异物。第二道清洗环节(铝料清洗机)在冲压机冲裁后,作用是对经过冲压机冲裁、伸缩皮带传输的板料二次清洁,去除细小杂质及皮带屑,有效保证板材的清洁度。

2. 钢板& 铝板外覆件的应用效果

(1)清洗机毛刷压力和毛刷交叉量对外覆件外观的影响经过长期观察和伺服线实际生产表现,干式清洗机的上下毛刷压力值和毛刷交叉量对板料清洁有一定关系。

伺服线设备技术文件建议上毛刷压力设定值在20 ~30 mbar(0.002 ~ 0.003 MPa),下毛刷压力设定值在30 ~40 mbar(0.003 ~ 0.004 MPa)。当实际压力值大于或小于理论设定值时,表明毛刷气囊压力有变动,需要检修或更换。

毛刷丝与板料接触的交叉量是影响板材清洁度的直接因素。设备建议值是(-0.1 ~-0.2 mm),交叉间隙过大,刷丝不能有效清洁板料表面杂质,交叉间隙过小,刷丝会被板料撞击导致损坏或脱落。

(2)清洗机毛刷的水平度对外覆盖件外观的影响

清洗机上/ 下毛刷运动轨迹是垂直于板料送进方向,上/ 下毛刷的水平度也会影响板料清洁度。清洗机毛刷长度是4.1 m,当两侧水平度偏差较大时,会出现一侧刷丝交叉间隙过大,另一侧刷丝交叉间隙过小,从而影响到板料清洁度,需通过维修部门和第三方供应商共同维护调整,使清洗机的上/ 下毛刷维持水平位置。

(3) 清洗机清洗剂量对外覆盖件外观的影响

清洗剂Ingromat 用于清洗材料。采用微湿润技术,清洗剂的主要作用是粘附在刷丝表面,去除板料表面赃物及带有电荷的附着物。

清洗剂流量设置的建议值是0.6 ~ 1.0 L/h,有换模期间清洗毛刷和生产过程实时清洗毛刷两种工作状态。通过前期实验对比,建议采用实时清洗毛刷功能,可降低OP10 拉延擦模次数和擦模时间,提高外覆盖件的一次合格率。

(4)清洗机过渡皮带对外覆盖件外观的影响

清洗机过渡皮带是连接皮带机1 到涂油机设备的桥梁,由两块1 810 mm×3 783 mm 的皮带组成,主要作用是在不使用清洗机时,将板料从皮带机1传送到涂油机。过渡皮带对外覆盖件外观质量的影响因素有以下两方面:

(1)过渡皮带导向条是橡胶材料,连接固定在设备支架上,电机以恒定速度带着皮带正向运行,过渡皮带导向槽在快速转动、长时间磨损、高温的作用下,橡胶材质自然磨损老化,就会产生碎屑类异物(图5),异物成粉末状。如果异物不及时清理,会污染涂油机等后续设备和拉延模具,严重影响外覆盖件的一次合格率。

(2)过渡皮带PU 织物材质在正常运行时,由于两侧未封口设计,侧壁可清晰看到纤维絮状物(图6),过渡皮带转动过程中,絮状物异物会因为皮带的自然磨损而掉落,粘附在板料表面带入后续设备和模具里,对外覆盖件外观质量有较大影响。改进后的过渡皮带加强了导向条材质硬度,并将两侧边缘密封包裹,减少使用中产生的异物。

清洗机异物实际清洁效果表现

本文针对北京奔驰冲压生产中,干式清洗机的实际清洗状态进行了相关实验。首先对日常冲压生产环境进行了取样,分别在通过清洗机前的板料上取得铝粉、铁粉、铜锌合金粉末、白色皮带屑和蓝色滚轮碎屑。通过分析认为粉末主要的来源为:开卷线生产板料、开卷线模具刃口对卷料的切削、拆垛端拾器中铜制结构与拆垛端拾器支杆摩擦、板料表面杂质在低温时凝固成颗粒残渣以及皮带与固定导向摩擦产生异物等多方面原因。

在生产过程中,当OP10 拉延模具产生硌伤时,用干净的擦模纸进行清洁并对擦模纸上的异物进行3 次收集,之后对收集的异物进行SEM 测试,结果表明异物为铜锌合金。如图7 所示,图中a、b、c 均为铜锌合金,c处异物直径为415.9μm。

美国通用汽车公司的北美Arlington 工厂对干式清洗机进行了实验,结果显示清洗机对100 μm 以上异物颗粒的清除率为100%,但实际生产过程中,清洗机对铜锌合金的清洁效果未能达到预计效果。在测试过程中,未发现铝粉、铁粉和有机物的相关异物颗粒,认为清洗机对铝、铁和有异物颗粒的清洁效果较好。

线首清洁度对干式清洗机清洁效果的影响

上述研究发现,干式清洗机不能在生产时100%保证板料清洁度,清洗机清洁效果体现在自身对板料的清洗能力和线首部分的整体清洁度。因此清洗机及线首部分的保养工作至关重要。北京奔驰冲压工厂形成了iTPM 手册(全员生产维护手册),将设备线首需要清洁的部分和清洁频次进行规定。目前经过生产验证,主要措施有:

(1)双周对清洗机中滚轮进行点检,如有过度磨损的情况,及时更换。滚轮磨损会产生碎屑,降低清洁能力。

(2)涂油机皮带每周进行点检,如有脱轨现象,需要重新安装。板料会撞击脱轨皮带产生绿色料屑。

(3)每月清洗更换自清洁毛刷,避免传送皮带自清洁效果下降,以及在自转过程中将皮带油污甩到经过的板料上。

结论

研究表明,在冲压工艺中,颗粒物直径大于5 mm 即产生可视缺陷(坑包),而传统冲压生产行业的车间中的空气中存在5~ 10 mm 颗粒。因此,清洗机在伺服式冲压生产线板料拉延成形中对板料表面质量和零部件在OP10 的成形起着至关重要的作用,我们通过对干式清洗机和湿式清洗机进行了多方面比较,认为干式清洗机从采购成本、损耗成本及维护成本都低于湿式清洗机。在冲压行业使用干式清洗机对外覆盖件的产品质量非常有效。


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