车身车间压机单元节拍提升方案解析

作者:上汽通用汽车有限公司 陆征祺 陈锋 张彦亮 点击数:125 发布时间:2019-10-24
车身车间压机的工作状态是影响生产节拍的重要因素。在实际生产过程中,可通过解析压机的工作过程和主要部件,以实际案例计算压机的节拍时间,总结得到提升压机节拍的实用方法。
车身车间压机单元节拍提升方案解析

高产量和高柔性的生产模式对于车身车间的冲击越来越大,其意味着越来越高的节拍时间,以及越来越频繁的车型切换。上汽通用车身车间内的压机单元的节拍虽然还是保持在44 s,但是计算方式却有了很大的变化,如何维持现有压机单元的节拍以及进一步提高节拍是一个非常重要的课题。

压机单元工作过程
在车身门盖区域生产线,压机单元的工作过程如下:
(1)包边前零件通过机器人抓手或者传送带传输进入压机本体;
(2)压机安全插销打开;
(3)压机带动上模下降,开始模具压合工艺;
(4)压机保压;
(5)压机带动上模提升;
(6)压机安全销关闭;
(7)总成零件通过机器人抓手或者传送带传输离开压机本体。
根据实际制造经验,机器人抓手传输或者传动带传输的时间为单次7~8 s,无提升空间。而安全销的开合时间为2 s,为安全需求,无提升空间。而压机保压的4 s时间,是保证零件获得最大包边质量稳定性的基本条件,亦无提升空间。
那么,本文重点的研究对象即为压机本体的升降时间,也是对压机能力与模具重量之间的关系探讨。

液压压机的组成
一台液压驱动的压机主要由图1所示的几部分组成,其中压机机械框架和液压驱动站为压机的主要结构。

微信截图_20191024164754.png


1.压机机械框架
目前上汽通用汽车使用的压机主要有二柱压机和四柱压机,影响压机节拍的关键因素为压机行程。传统压机的行程为600 mm,配合传送带传输,缺点是柔性差,新项目导入时对传送带传输系统的改造量太大,而且存在无法制造的风险。为了应对高柔性的抓手传输,压机的行程由600 mm改为了900 mm。
2.液压驱动站
液压驱动站的配置决定了整台压机的输出能力大小。一台液压驱动站主要部分组成如图2所示。

微信截图_20191024164810.png


其中液压缸由两部分组成,分别为大液压缸和小液压缸。大液压缸的作用是在油压的作用下带动模具上升下降,而小液压缸的作用是保持压力;模具锁止机构分为两部分,上模的锁止机构为夹紧缸,下模的锁止机构为楔形块;模具分为上模和下模,为满足模具互换性的要求,规定模具的闭合高度为1.1 m,长宽均为2.5 m。

压机节拍的计算方法
1.影响压机性能的主要因素
压机整体性能参数主要由三个因素变量影响,包括泵的排油量、提升压力以及压机移动部件的重量。其中泵的排油量和可动行程取决于设备选型,而模具重量则取决于模具供应商的设计。压机参数示意如图3所示。

微信截图_20191024164819.png


目前上汽通用车身车间内的压机液压泵的排油量主要分为三种,对应的额定输出压力为2000 psi、2400 psi和2610 psi(psi表示65/in2,1 psi≈6.895 kPa)。可动行程主要分为两种,600 mm压机的实际可动行程为561.5 mm,900 mm压机的实际可动行程则为861.5 mm。液压油流向如图4所示。

微信截图_20191024164825.png


2.模具下降的节拍计算公式
模具下降阶段,模具依靠自重带动液压缸向下运动,在平衡阀的作用下,下降速度受限于液压泵的最大输出功率。下降阶段节拍计算公式如下,其中Q为泵的排油量;A为油缸上端面积;L为可动行程。
油缸速度:
V=(1 000×Q)/(60×A)
下降时间:
T=L/V
3.模具提升的节拍计算公式
模具提升阶段,液压泵克服移动部件重量、模具重量等产生上压力差,带动液压缸向上运动。提升阶段节拍计算公式如下,其中C为流量系数,C=0.6;A为节流阀的节流面积,A=9.6 mm2;D为节流前后的压力差;E为液压油密度,E=875 kg/m3
压力流量:

节流阀的节流面积取决于主控阀的设备选型,目前设备选用的型号为9.6 mm2和15.2 mm2。
4.压机节拍计算公式
压机节拍计算公式如下,其中T1为安全销打开时间,T2为模具下降时间,T3为保压时间,T4为模具提升时间,T5为安全销关闭时间。
压机节拍:
T=T1+T2+T3+T4+T5
当压机选型已经确定的情况下,只有通过控制模具重量才能保证压机工位的最小节拍时间。当然也可以通过改造液压站来提升压机提升能力,当节流阀的节流面积限制了提升阶段压机节拍时,可通过增加直通液压油回油箱的液压管路或者加大节流阀的节流面积来实现压机节拍的提升,这是相对较小成本的改造方案。较大成本的改造方案,则是直接对压机的液压站进行更换,直接提升压机的额定输出能力。

压机节拍的计算方法
对于传统的门盖包边模具来说,质量通常4.6~7 t,之所以会造成如此大的差异主要原因有以下几点:
(1)上模座的外形设计:在满足长宽2.5 m及模具接口尺寸的前提下,可通过外轮廓挖空来减小模具重量,如图5所示;
(2)上模减重设计:在保证模具稳定性的前提下,可通过挖减重孔来减小模具重量;
(3)压料芯的制造工艺:板式压料芯比铸造压料芯轻1 t左右,如图6所示。

微信截图_20191024164841.png

微信截图_20191024164848.png

总结
汽车制造业高产量和高柔性的要求,对门盖单元的规划有了新的挑战。工艺线体可以通过简单地增加设备、减少工艺量来实现节拍的提升,压机节拍却会由于设备能力问题出现节拍提升瓶颈。
通过简单有效的设备改造固然可以实现压机能力的提升。然而更为重要的是,需要对包边模具的设计以及重量引起关注,不能一味地追求模具的稳定性,或者一味地增加压料点,导致模具重量的不断增加,从而加大压机设备的负载。如何在模具重量、模具稳定性和高质量包边中寻求平衡,已经成为了一个新的课题