三门峡工程机械网

当前位置:主页 >> 工程机械厂家

(新闻)汽车零部件冷成形工艺特点与质量管控

发布时间:2022年05月27日    点击:[0]人次

汽车行业日益成为中国国民经济的支柱产业,冷成形工艺是汽车零部件生产中的一种特殊的低成本高质量解决方案,随着汽车行业的发展,汽车零部件质量要求越来越高,冷成形生产需要特殊的质量管控措施。

冷成形工艺介绍

冷成形即金属在室温下的塑性变形,以镦锻和挤压相结合,是一种较特殊的冷锻工艺。冷成形工艺的原材料为盘卷线材,钢材为冷镦钢或有色金属,其中中低碳钢和中低碳合金钢较为常用。

新光凯乐采用6工位高精度冷成形机(德国和比利时设备)进行生产。冷成形机工作流程:先将成包的线材开卷和校直,并在伺服系统的控制下送料给冷成形主机进行切断,经过多次在模具内塑性变形,最终成为复杂零件,随传送带传送出成品。

冷成形塑性变形包括镦粗、缩径、反挤、正挤、整形、剔料等,变形过程一般在封闭模腔内进行,典型的冷成形工艺如图所示。

图冷成形典型变形工艺

冷成形工艺的特点

节约材料,连续生产

冷成形产品为净成形或半净成形,同传统锻件一样有较好的成材率,有少加工或免加工的特点。另外,该工艺没有车削或锯切下料的切缝损耗,也没有外径剥皮损耗,且为连续批量生产,每包材料重量在1~2吨之间,料头料尾损耗很小,材料利用率较高。

生产效率高

冷成形工艺生产效率高,节拍为60~150件/分钟,每班(8小时)生产1.5万~4万件,且是连续进料和生产,辅助工作停机时间短。传统意义上的单工序冷锻生产节拍为3~30件/分钟,需要2~4道工序,对于复杂件需增加中间退火、磷化工序,生产周期长,2~4天才能批量生产出成品,与之相比,冷成形生产效率非常高。

产品质量稳定、一致性好

冷成形工艺的工艺链短,可短时间进行大批量生产,设备因素、人员因素、环境因素较单一,人为影响因素较小,产品稳定。

可成形复杂形状和截面产品

新光凯乐应用最新的有限元模拟软件Qform对复杂产品的成形过程进行分析,理论与实践相结合,准确地掌握产品塑性变形过程,使复杂产品的冷成形成为可能。

提高产品性能及降低材料成本

通过材料的加工硬化效应,使最终产品达到客户要求性能;或用低碳钢代替中碳钢,或中低碳钢代替中低碳合金钢,或优化产品截面降低产品重量,进而降低产品成本。

汽车冷成形件的质量管控

由于汽车行业的特殊性,冷成形件需要保证非常高的质量水平,安全产品和关键产品的交货往往要求为0PPM,因此,冷成形生产需要采取较特殊管控措施,保证产品交付质量。

SPC系统作为质量保证的基础

由于冷成形生产的高效性和较大的生产数量,很难进行实时检测,应用SPC系统可确保批次产品的宏观质量,如图所示,利用产品变化的连续性、生产过程的抽检以及X-R图,评判抽样之间的产品质量,当相关影响因素变化后,进行首末件的检测,确保每批次产品的质量满足用户使用要求。

图 SPC应用

规范过程控制,减少变差,提高稳定性

实施全面自动化生产,采取自动进料、自动下料和自动成形,降低人为因素影响;生产过程参数固定化,并存储在设备PLC中,每次生产调用即可,确保生产过程的一致性;注重设备和模具的预防、预见性维护,实施系列防错措施,避免系统和偶发因素导致不合格品的产生。

产品100%检验系统

在汽车安全产品上,实现0PPM交货目标就是出货100%检验。然而,大批量、高速度的重复性检验工作通过人工来完成是一个实现困难且风险不可控的环节,通过高速检验设备和系统验证的方法,可实现产品的零缺陷交付。

汽车冷成形件的质量改进

除正常系统的质量管控措施外,产品的质量稳定还需要在工艺方面持续不断的改进,保证工艺的先进性和稳定性。另外,人员素质及技能提高也是产品质量改进的关键点。

通过工艺改进,提高产品质量稳定性

⑴提高设备剪切精度,提高产品剪切质量。

新光凯乐的冷成形产品绝大部分采用闭模锻造成形,剪切料粒的重量波动会影响到产品的尺寸精度,甚至影响成形性。原设备采用送线轮送线、定位块限位的剪切方式,产品重量波动大,新设备采用数控液压方式进行送料,避免了送料打滑,送料精度比原有送料精度提高1倍,有效地提高了产品尺寸精度。

改进后的高速剪切系统,料粒端面的平整度有了很大提高,无明显的剪切变形,不仅提高了剪切料粒的重量精度,同时提高了产品的局部形位公差,例如平面度、平行度和圆度等。

⑵精准控制过程毛坯件。

对于多工位复杂件的成形,过程毛坯件的尺寸波动需要严格控制,利用各工位模具单独可调整性,可实时精确控制各工位过程毛坯件尺寸。由于材料在成形时产生热量,模具会有一定的温升,部分产品的模具温度可达到180度,由于模具在不同温度时产品尺寸略有不同,需要按照实际情况对各工位模具进行调整,确保生产出合格的产品。

⑶提高模具质量稳定性和过程能力。

模具质量不仅包括模具的尺寸精度和形位公差,也包括模具的性能,例如强度、硬度、刚度及预应力等参数。产品尺寸精度要求的不断提高,也要求模具尺寸精度随之提高,测量系统稳定性一般要求测量设备的最小刻度是产品尺寸公差带的1/10,同理,我们也需要将模具的尺寸公差带控制到产品尺寸公差带的1/10~1/5,以保证产品的一致性。

产品成形时,模具需承受1000~3000MPa的压力,模具的刚度、强度和预应力的稳定性直接影响产品的尺寸,因此需要模具保证产品应力应变的一致性和稳定性。模具质量稳定和互换性高是批量稳定生产的必要条件,是实现产品质量稳定乃至换模不调机的前提。

⑷提高材料质量和稳定性。

冷成形工艺一般采用经球化退火处理的线材进行生产,材料较好的表面质量、较好的塑性和稳定的强度才能保证产品的成形性和尺寸精度。产品复杂程度越高,材料的塑性越影响产品的成形性,塑性差会导致产品无法成形,或尺寸剧烈波动等引起成形失败。材料性能不稳定会直接导致产品尺寸波动大,无法控制金相组织,特别是在产品有硬度、强度或扭矩要求时,必须严格控制材料的化学成分或机械性能,保证产品经加工硬化后仍符合客户要求。

⑸冷成形润滑控制。

冷成形使用冷成形油对材料与模具进行润滑和冷却,当润滑条件改变时,将影响产品尺寸的稳定性;新光凯乐使用最新的油气喷射系统,精准控制附着毛坯件的油膜,以保证成形条件的一致性,确保产品尺寸的稳定性。

⑹改进成形工艺,提高产品局部尺寸控制。

应后续装配要求,产品局部尺寸精度较高,改进成形细节,由产品的整体精整或成形,变为局部精整或成形,或优化模具间隙,控制局部材料的成形饱满度和压力,达到较高的局部尺寸精度。

⑺增加防错措施。

各成形工位的压力监控装置通过对压力曲线的监控,确保产品质量的稳定性,防范设备和模具意外损坏、毛坯异常等偶发因素造成不合格产品混入,如图所示。另外,下料定位监测、夹钳压力检测、成品通道自动控制系统等各系统传感监测装置或自动控制模块的应用,形成了系统化的防错措施。

图压力监控系统

岗位人员的培训

冷成形岗位要求人员的综合素质较高,只有通过对有基本素质的员工进行系统化培训才能达到独自操作上岗的水平。系统化的细节培训,包括冷成形生产线所有设备操作、5S管理、表格填写、事件升级等基础操作或流程,使员工获得基本的上岗技能;由低到高的产品调试生产技能培训,从简单管状或轴类产品,到内外齿产品、球形法兰件及特殊产品等复杂产品调试的生产技能培训,提升员工专业技术能力;由点到面的知识培训,包括设备维护、质量管控、模具、材料及测量等专业知识,提高员工专业素质及实际解决问题的能力。

结束语

在汽车行业竞争日益激烈的市场环境下,为满足不断提高的客户产品质量要求,必须通过系统的生产过程管控、工艺的先进性以及员工专业化的技能水平来实现冷成形工艺的生产。最后,希望我国锻造行业在专业化和精细化进程中,拉动整个锻造产业链相关行业的发展,力争在全球化竞争中夺取优势地位。

作者简介

李文奇,技术经理,材料工程硕士,主要研究方向为金属材料、金属塑性加工、质量管理等方面,拥有专利十余项,发表论文六篇,国际先进科技成果1项;荣获北京市通州区“运河计划”领军人才、中国锻压行业优秀工程师、锻压行业“头脑风暴”专家库专家等多项荣誉。

——来源:《锻造与冲压》2019年第17期

枣庄卫生人才网

广东公务员局

重庆市考笔试真题