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鈑金加工的發展趨勢及焊接自動化
       隨著我國經濟的穩定增長,鈑金制品行業也在持續發展,但現階段的鈑金加工大部分仍然是勞動密集型產業,崗位技術人員的流動以及個人專業技能對產品質量穩定性存在很大的影響。比如:不同的焊接人員,其焊縫長度及高度、焊縫間距、焊接速度都存在明顯差異,造成的虛焊、漏焊、焊穿、焊瘤等焊接缺陷不斷出現。因此最終產品質量得不到有效控制、生產返工率高、能耗增大、利潤降低,直接牽制著企業的穩定發展。為此有必要先分析一下行業發展趨勢。
       

       鈑金加工行業的橫向比較

       中日差距:顯著在制造技術、工藝設備上

       先看日本模式,日本鈑金件生產專業化、自動化程度高,生產規模大,產品精度高,管理人性化、系統化、基本上都有模具開發、設計和加工能力,其加工設備性能一直處于領先地位,圖1所示為日本工廠加工車間:與此相比,我國鈑金件制造企業總體情況規模較小,制造設備落后,生產以手工操作為主,產品質量穩定性差,生產效率低,難以實現批量生產、按時供貨。各項企業指標水平相差較遠,有待提高。

 

       值得一提的是,日本“匠心”精神令人震撼,其“工匠”們在企業生產中積累的各種生產訣竅和工藝裝置,是現代先進制造技術和人類傳統聰明才智的完美結合。中國企業要完善自己的制造技術和工藝設備,既需要時間的沉淀,又離不開工匠精神的修為。

       中美之較:自動化、信息化成“短板”

        鈑金信息化,包括沖壓、焊接、噴涂等工序。就中美橫向對比而言,自動化、信息化水平“差之數里”,其全自動數控沖床車間的材料庫如圖2所示。當程序輸入后,設備會通過掃碼自動到材料庫調用相對應的材料進行加工,此工段加工完成后零件又統一歸放在指定區域,全部實現無人化操作。

       首先,美國企業采用的是閉環控制自動化生產。企業都有其工裝模具維護車間,模具上安裝或內嵌有各種傳感器。這些傳感器無形中就是一道安全的保護屏障。

       其次,美國其壓力機上都安裝有安全光柵,當工人距離壓力機過近時,壓力機會自動停機,自動切斷“危險源”。

       同時,美方企業自帶“追蹤器”,有自己的管理信息系統,其原材料供應商所供應的材料都帶有條形碼。入庫時通過掃描,原材料的各種信息都會自動進入生產數據庫,伴隨著原材料進入加工過程,各個加工環節的電腦主機會自動將加工信息輸入到數據庫,這些信息將一直被附帶到最終產品上。
   
       
鈑金加工行業的縱向比較

       我國鈑金行業廠家百家齊放、百家爭鳴。伴隨著國內經濟增長放緩的影響,鈑金制作行業整體遭遇“價格戰滑鐵盧”,設備、管理、市場均在不同程度地“淪陷”,導致價格下滑、效益降低,局部地區的零部件加工企業出現了關停并轉現象。

       設備方面:企業收益減少,對先進加工設備、檢驗設備投入明顯不足。因此與國際先進企業的差距變得越來越大,短時期內很難發生質的改變。

       管理方面:原料流、物流、工藝流等信息技術方面仍然存在信息表達、量化、提取等難度以及存在形式不規范、信息孤島諸多問題,不利于管理層快速做出應對。

       市場方面:大部分工廠鈑金加工僅僅以產品交貨為目的,沒有形成良好的口碑以及維護自己品牌的意識、針對主要領域進行深度挖掘和積累,并制造出自己的產品,直接面對市場。需要改變運營思維,以打通設計、研發、制造等環節,實現規;、批量化乃至個性化生產。

       在當前形勢下,很多企業也許都想到了改革,增加先進設備投資、擴大優秀人才引進,也不乏看到一些變革成功的名企。但在變革路上,企業內部管理所存在的痛點會阻擋其向更高水平發展,嚴重的情況直接導致企業改革失敗,所有投入血本無歸。為此,愿意與正在準備發展鈑金自動化加工的同行們一起探討改革路上的焊接自動化問題。

       目前人力資源成本上漲,資深的優秀焊工緊缺。不少企業都面臨缺少焊工的情況,選擇焊接機器人代替成為趨勢。要把焊接機器人用好、用順手,真正地發揮最大作用,首先得做好以下幾個方面工作。

       焊接零部件結構尺寸公差的一致性

       智能機器人沒有實時人為感知思維變通的能力,我們編制的加工程序給它擬定了焊縫長度、焊縫高度、焊縫間距等參數,機器人就會依據輸入的程序進行重復加工。當出現零件尺寸偏差明顯超出其公差范圍時,在焊接過程中,就會出現以下一些情況:焊接電極與焊縫距離變大時,因距離過大會無法起;焊接電極與焊縫距離變小時,電極頭部會觸碰到零件而報警。這樣機器就不能順利地工作,重復修改程序會浪費掉更多的時間。

       因此在焊接零部件的前工段加工時必須加強尺寸公差的管控,包括剪板、普沖、數沖、激光、折彎、壓鉚等各工位,做到批量產品結構尺寸的一致性比較穩定。當出現其他異常時要調整加工工藝來確保尺寸的穩定性。

      設計合理的焊接工裝夾具

      機器人與員工相比的優點在于:員工的工作質量會受疲勞、情緒、專注度等影響,機器人只會按擬定的程序自始至終地執行。因此盡可能滿足機器人最大程度地處于有效工作狀態,充分利用好工作時間來提高工作效率。下面的圖3就是效率提升的結果。

      最初,此腳輪支架組件人工焊接時,沒有任何工裝夾具,采取手捏緊直接焊接。上班剛開始工作時精力充沛,還能基本滿足要求,但時間一長受疲勞影響慢慢地擾亂視線,焊接后的尺寸出現明顯超出公差的現象。

      
之后為了消除人員疲勞影響,設計了如圖3所示的快速裝夾工裝定位,確保了焊接后的尺寸都在公差要求范圍以內。采取人工焊接時,此工裝還能基本滿足其要求;當采取焊接機器人利用此工裝進行工作時,此工裝就會顯現出焊接效率明顯不高的缺陷:人工裝夾與機器人焊接未能同步進行,機器人在焊接時,裝夾工人在旁邊無事等待;工人裝夾零件時,機器人又處于停止工作狀態。

       根據上述情況,對單個焊接組件的裝夾、拆換及機器人焊接工時分別進行統計,再重新設計兩套一次性裝夾多個焊接組件的夾具(圖4),讓焊接的時間與輔助工裝夾、取件的時間進行平衡,這樣就成倍地提升了焊接機器人與操作工的工作效率。

       
編制合理的焊接程序

      焊接程序中擬定的焊接電流、焊接電壓、起弧及收弧時間、焊接速度等參數,是為了滿足符合產品技術要求的焊縫焊接質量;通過調整焊接順序、優化行走跡徑來提升設備的有效工作時間,焊接程序的合理性直接決定了生產效率的高與低。

       結束語

       鈑金焊接加工正在往自動化、智能化的趨勢發展,再先進的設施、設備也都會或多或少存在某方面的局限性。因此在產品生產過程中制定檢查流程,嚴把質量關,進行監督,并嚴格執行顯得十分重要。只有在加工的每一步細節上嚴格把關,生產才會順暢。產品做到精益求精,才能贏得業內極好的口碑。

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