鈑金加工的發展趨勢及焊接自動化
作者： 瀏覽次(ci)數(shu)： 日期：2018-12-10 11:56:06
隨著我國(guo)經濟(ji)的(de)穩定(ding)增長，鈑金制品(pin)行業(ye)也在持續發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)，但現階段的(de)鈑金加(jia)工大部分仍(reng)然是(shi)勞動密集型產(chan)業(ye)，崗位技術(shu)人員(yuan)(yuan)的(de)流動以及個人專業(ye)技能(neng)對產(chan)品(pin)質量(liang)穩定(ding)性存(cun)在很大的(de)影響。比如(ru)：不同的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)人員(yuan)(yuan)，其焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)長度及高度、焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)間(jian)距(ju)、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)速度都存(cun)在明顯差異(yi)，造成(cheng)的(de)虛焊(han)(han)(han)(han)、漏焊(han)(han)(han)(han)、焊(han)(han)(han)(han)穿(chuan)、焊(han)(han)(han)(han)瘤等(deng)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)缺陷不斷出現。因此最終產(chan)品(pin)質量(liang)得不到有效(xiao)控制、生產(chan)返工率高、能(neng)耗增大、利潤降(jiang)低，直接(jie)牽(qian)制著企業(ye)的(de)穩定(ding)發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)。為此有必要先分析一下行業(ye)發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)趨勢。
鈑(ban)金加工行業的橫向比較
中日(ri)差距(ju)：顯著在制造技術、工(gong)藝設備上
先看日本(ben)模(mo)式(shi)，日本(ben)鈑(ban)金件生(sheng)產(chan)專業(ye)化(hua)(hua)、自動化(hua)(hua)程度高(gao)(gao)，生(sheng)產(chan)規(gui)模(mo)大，產(chan)品(pin)精度高(gao)(gao)，管理人性(xing)化(hua)(hua)、系統(tong)化(hua)(hua)、基本(ben)上都有模(mo)具開(kai)發、設計和加工能力，其(qi)加工設備性(xing)能一(yi)直處(chu)于(yu)領先地位，圖1所示為日本(ben)工廠加工車間：與(yu)此相比，我國(guo)鈑(ban)金件制造企業(ye)總體(ti)情(qing)況規(gui)模(mo)較小，制造設備落后(hou)，生(sheng)產(chan)以手工操(cao)作為主，產(chan)品(pin)質量穩定性(xing)差，生(sheng)產(chan)效率低，難(nan)以實現批量生(sheng)產(chan)、按時供(gong)貨。各項企業(ye)指標水(shui)平相差較遠，有待提高(gao)(gao)。
值得一提的是，日本“匠(jiang)心”精神(shen)令人震(zhen)撼，其“工(gong)匠(jiang)”們在(zai)企業(ye)生產(chan)中積累的各種生產(chan)訣(jue)竅和工(gong)藝裝置，是現代先進制(zhi)造技術和人類傳統(tong)聰明才(cai)智的完美結合。中國企業(ye)要完善自(zi)己的制(zhi)造技術和工(gong)藝設備，既需要時間的沉淀，又離(li)不開工(gong)匠(jiang)精神(shen)的修為。
中美之較：自動化、信息化成“短(duan)板”
鈑金信息化(hua)，包(bao)括沖壓、焊接、噴涂等工(gong)(gong)序。就中(zhong)美橫向對比而言，自動(dong)化(hua)、信息化(hua)水(shui)平(ping)“差(cha)之數(shu)里”，其(qi)全(quan)自動(dong)數(shu)控沖床車間的材料(liao)庫(ku)如圖(tu)2所示。當程序輸入后，設備會通過掃碼自動(dong)到材料(liao)庫(ku)調用相(xiang)對應的材料(liao)進行加工(gong)(gong)，此(ci)工(gong)(gong)段(duan)加工(gong)(gong)完成后零件又統一歸(gui)放在指定區域，全(quan)部實現(xian)無人化(hua)操作(zuo)。
首先，美國(guo)企業(ye)采用(yong)的是閉環控(kong)制自動化生產。企業(ye)都有(you)(you)其工裝模(mo)具維護車間，模(mo)具上安裝或內嵌有(you)(you)各種傳感器。這些傳感器無形(xing)中就(jiu)是一(yi)道安全的保(bao)護屏障。
其次，美國其壓(ya)力(li)機上都安裝有(you)安全(quan)光柵(zha)，當工人(ren)距離壓(ya)力(li)機過近時，壓(ya)力(li)機會(hui)自動(dong)停機，自動(dong)切斷“危險(xian)源”。
同時，美方企業自(zi)帶“追(zhui)蹤器”，有自(zi)己的(de)管理信息(xi)(xi)系統，其原(yuan)材(cai)料供應商所(suo)供應的(de)材(cai)料都(dou)帶有條(tiao)形碼。入庫時通過(guo)掃描(miao)，原(yuan)材(cai)料的(de)各(ge)種(zhong)信息(xi)(xi)都(dou)會自(zi)動進入生(sheng)產(chan)數(shu)據庫，伴(ban)隨著原(yuan)材(cai)料進入加(jia)工(gong)過(guo)程，各(ge)個加(jia)工(gong)環節(jie)的(de)電腦(nao)主機會自(zi)動將加(jia)工(gong)信息(xi)(xi)輸入到(dao)數(shu)據庫，這些信息(xi)(xi)將一(yi)直(zhi)被附(fu)帶到(dao)最終產(chan)品上。
圖2 美國工(gong)廠數控加(jia)工(gong)車間(jian)
鈑金加工行業的(de)縱向比較
我國鈑金行業(ye)廠(chang)家百家齊放(fang)、百家爭鳴。伴隨著國內(nei)經濟(ji)增長放(fang)緩的(de)影響，鈑金制(zhi)作行業(ye)整(zheng)體遭(zao)遇“價格戰滑(hua)(hua)鐵盧”，設備、管理、市場均在不同程度地(di)“淪陷”，導致價格下滑(hua)(hua)、效益降低，局部(bu)地(di)區的(de)零(ling)部(bu)件加工企業(ye)出現了關停并轉(zhuan)現象。
設(she)備方面：企業(ye)收益減(jian)少(shao)，對先進(jin)加工設(she)備、檢驗設(she)備投(tou)入明(ming)顯(xian)不足(zu)。因此(ci)與(yu)國際先進(jin)企業(ye)的差距(ju)變得越來越大，短(duan)時期內很(hen)難發生質的改變。
管理方面(mian)：原(yuan)料流(liu)(liu)、物流(liu)(liu)、工藝流(liu)(liu)等信(xin)息技(ji)術方面(mian)仍然(ran)存在信(xin)息表達、量化、提取等難度以及(ji)存在形(xing)式不(bu)規范、信(xin)息孤島諸多問(wen)題(ti)，不(bu)利于管理層快(kuai)速做出(chu)應對。
市場方(fang)面(mian)：大部分(fen)工廠(chang)鈑金加(jia)工僅(jin)僅(jin)以產品(pin)交(jiao)貨為目的，沒有(you)形成良(liang)好的口碑以及(ji)維護自己(ji)品(pin)牌的意識、針對主要(yao)(yao)領域(yu)進行深度挖掘(jue)和積累，并(bing)制(zhi)造(zao)出(chu)自己(ji)的產品(pin)，直接(jie)面(mian)對市場。需要(yao)(yao)改變運營思維，以打通設計、研發、制(zhi)造(zao)等環(huan)節，實現規模化(hua)、批量(liang)化(hua)乃至個性化(hua)生產。
在當前形勢下，很多企業也(ye)許都(dou)想(xiang)到(dao)了改革，增加先進(jin)設備投(tou)資、擴大(da)優(you)秀人才引進(jin)，也(ye)不乏(fa)看到(dao)一(yi)些變革成(cheng)功的(de)名企。但在變革路上(shang)，企業內部(bu)管(guan)理所(suo)存(cun)在的(de)痛點會阻(zu)擋其向更高水平發展(zhan)，嚴(yan)重的(de)情況直接導致企業改革失敗(bai)，所(suo)有投(tou)入血本無(wu)歸。為(wei)此(ci)，愿意(yi)與正(zheng)在準備發展(zhan)鈑金自動化加工(gong)的(de)同行們一(yi)起(qi)探(tan)討改革路上(shang)的(de)焊(han)接自動化問(wen)題。
目前人(ren)力資源成本(ben)上(shang)漲，資深的優秀(xiu)焊(han)工(gong)緊缺。不(bu)少企業(ye)都面(mian)臨缺少焊(han)工(gong)的情(qing)況，選擇焊(han)接(jie)(jie)機器人(ren)代(dai)替成為(wei)趨勢(shi)。要把(ba)焊(han)接(jie)(jie)機器人(ren)用(yong)好、用(yong)順手(shou)，真正地(di)發揮(hui)最大作(zuo)(zuo)用(yong)，首先得做(zuo)好以下幾個(ge)方面(mian)工(gong)作(zuo)(zuo)。
焊接零部件結構尺寸(cun)公(gong)差的一致(zhi)性(xing)
智能機器人(ren)(ren)沒有實時人(ren)(ren)為(wei)感知思維變(bian)(bian)通的(de)能力，我(wo)們編制(zhi)的(de)加工(gong)程序給(gei)它擬定了焊縫(feng)長度、焊縫(feng)高度、焊縫(feng)間距等參數，機器人(ren)(ren)就(jiu)會(hui)依據輸入的(de)程序進行重復加工(gong)。當出現(xian)零(ling)件(jian)尺寸偏(pian)差(cha)明顯超出其公差(cha)范圍時，在焊接過程中(zhong)，就(jiu)會(hui)出現(xian)以下一(yi)些(xie)情況：焊接電極與(yu)焊縫(feng)距離變(bian)(bian)大時，因(yin)距離過大會(hui)無法起弧；焊接電極與(yu)焊縫(feng)距離變(bian)(bian)小時，電極頭(tou)部會(hui)觸(chu)碰到零(ling)件(jian)而報警。這樣(yang)機器就(jiu)不能順(shun)利地工(gong)作，重復修改程序會(hui)浪費(fei)掉更多的(de)時間。
因此在焊接零部件的(de)前(qian)工(gong)段加(jia)工(gong)時必須加(jia)強尺寸(cun)公(gong)差的(de)管控(kong)，包括剪板、普沖(chong)(chong)、數沖(chong)(chong)、激光、折(zhe)彎、壓鉚等(deng)各工(gong)位，做到(dao)批量產(chan)品結構尺寸(cun)的(de)一(yi)致性比(bi)較穩定。當出現其他異常時要調整加(jia)工(gong)工(gong)藝來確(que)保尺寸(cun)的(de)穩定性。
設計合理的(de)焊接工裝夾具
機(ji)器(qi)人(ren)與(yu)員工相比的(de)優點在于(yu)：員工的(de)工作(zuo)(zuo)(zuo)質量會受疲勞(lao)、情緒(xu)、專(zhuan)注度等影響，機(ji)器(qi)人(ren)只會按擬定(ding)的(de)程序自始(shi)至(zhi)終地(di)執行。因此盡可(ke)能滿(man)足機(ji)器(qi)人(ren)最大(da)程度地(di)處(chu)于(yu)有效(xiao)工作(zuo)(zuo)(zuo)狀態，充(chong)分利用好工作(zuo)(zuo)(zuo)時間來提高(gao)工作(zuo)(zuo)(zuo)效(xiao)率。下面的(de)圖(tu)3就是效(xiao)率提升的(de)結果。
最(zui)初，此腳輪支(zhi)架組件(jian)人工焊接(jie)(jie)時，沒(mei)有任何工裝(zhuang)夾(jia)具，采取手捏緊直接(jie)(jie)焊接(jie)(jie)。上班(ban)剛(gang)開始工作時精力充沛，還能基本滿(man)足要求，但時間一長受(shou)疲勞(lao)影(ying)響慢慢地擾(rao)亂視(shi)線，焊接(jie)(jie)后的尺寸出(chu)現(xian)明顯超出(chu)公差的現(xian)象。
圖3 快速定位裝(zhuang)夾(jia)工裝(zhuang)
之后(hou)為了(le)消除人員疲勞影響，設計了(le)如圖3所示的(de)快(kuai)速裝(zhuang)夾(jia)工(gong)裝(zhuang)定位，確(que)保了(le)焊(han)接(jie)(jie)后(hou)的(de)尺寸都(dou)在(zai)公差要(yao)求(qiu)范圍以內。采取(qu)人工(gong)焊(han)接(jie)(jie)時(shi)，此工(gong)裝(zhuang)還能基本滿足(zu)其要(yao)求(qiu)；當(dang)采取(qu)焊(han)接(jie)(jie)機器人利(li)用此工(gong)裝(zhuang)進(jin)行工(gong)作(zuo)時(shi)，此工(gong)裝(zhuang)就(jiu)會顯現出焊(han)接(jie)(jie)效(xiao)率明顯不高(gao)的(de)缺陷：人工(gong)裝(zhuang)夾(jia)與機器人焊(han)接(jie)(jie)未能同步進(jin)行，機器人在(zai)焊(han)接(jie)(jie)時(shi)，裝(zhuang)夾(jia)工(gong)人在(zai)旁邊(bian)無事等待(dai)；工(gong)人裝(zhuang)夾(jia)零件時(shi)，機器人又處于(yu)停止工(gong)作(zuo)狀態。
根據上(shang)述情況，對單個(ge)焊(han)(han)接(jie)組件(jian)(jian)的裝夾(jia)、拆(chai)換(huan)及機器人焊(han)(han)接(jie)工(gong)時(shi)分別進行統計(ji)，再重新(xin)設計(ji)兩(liang)套一次性裝夾(jia)多個(ge)焊(han)(han)接(jie)組件(jian)(jian)的夾(jia)具(ju)（圖4），讓焊(han)(han)接(jie)的時(shi)間與(yu)輔助工(gong)裝夾(jia)、取件(jian)(jian)的時(shi)間進行平衡，這樣(yang)就成倍地提升了焊(han)(han)接(jie)機器人與(yu)操作(zuo)工(gong)的工(gong)作(zuo)效率。
圖4 兩套一次性裝(zhuang)夾工具
編制合理的焊接程序
焊(han)接(jie)(jie)(jie)程序(xu)中擬定的焊(han)接(jie)(jie)(jie)電流、焊(han)接(jie)(jie)(jie)電壓、起弧及收(shou)弧時間、焊(han)接(jie)(jie)(jie)速度等參數，是(shi)為了(le)滿足符合(he)產品技術要(yao)求的焊(han)縫焊(han)接(jie)(jie)(jie)質量；通過調(diao)整焊(han)接(jie)(jie)(jie)順序(xu)、優化行走跡徑來(lai)提升(sheng)設備的有效(xiao)工作(zuo)時間，焊(han)接(jie)(jie)(jie)程序(xu)的合(he)理性直接(jie)(jie)(jie)決定了(le)生產效(xiao)率的高與(yu)低。
結束語
鈑金焊(han)接加工正在(zai)往自(zi)動化、智能化的趨勢發展，再先進(jin)的設施、設備(bei)也都會或多或少存在(zai)某方面的局限性。因此在(zai)產(chan)品生產(chan)過程(cheng)中(zhong)制(zhi)定(ding)檢查流程(cheng)，嚴把(ba)質量關，進(jin)行監督(du)，并嚴格執行顯得十分重要。只(zhi)有在(zai)加工的每一步細節上嚴格把(ba)關，生產(chan)才(cai)會順暢。產(chan)品做(zuo)到精益求精，才(cai)能贏得業(ye)內極(ji)好的口碑。
——節選自《鈑金與制(zhi)作》2018年第8期(qi)
