客车板管材下料设备问题及改进

张 喆，张 剡，谢 毅

(中汽研汽车工业工程(天津)有限公司，天津 300300)

客车板管材下料装备的水平是影响整车质量的关键因素之一。由于我国客车行业发展较晚，在客车制造装备的发展、创新和研究上较国外还存在明显的差距。但与此同时，在国家政策的鼓励与推动下，客车技术门槛不断提升，落后产能将会被淘汰。

1 板管材下料现状及问题

1.1 板材下料现状及问题

目前，很多客车厂板材下料主要将整板切割成小长条后再将长条板切割成目标大小的埋板。通过工人计算客车需要的对应零部件板材大小，将1 500 mm×2 500 mm、厚1.0～5.0 mm的整块板材利用剪板机剪切成小板，工人在小板上利用等离子切割机手工完成作业。

这种方式加工后的板材尺寸误差大及表面质量低，特别是需要开孔的板材,比如说加热器舱板材、电瓶舱板材、踏步板材、仪表台板材等,手工切割的圆形和弧形都有不平整毛刺,对线束、管套都有较高的磨损风险,也可能会影响密封性,造成漏灰、漏水的可能。

这种加工方式还导致板材利用率较低，由于没有进行统一的套料计算,浪费较严重;效率也较低,工人劳动强度大,而且用人成本也很高;板材尺寸主要掌握在工人手里,导致无法掌控尺寸的正确性;如果有经验员工离职,可能造成新员工无法替代的情况。

另外，生产环境也较差,由于等离子切割机无专门的吸尘装置,设备产生的粉尘对员工的职业健康易产生危害。

1.2 管材下料现状及问题

目前，很多客车厂管材下料主要采用金属圆锯机、砂轮切割机及开式可倾压力机等。金属圆锯机及砂轮切割机用于方管下料及折弯件切断。开式可倾压力机主要用来冲方管的排液孔及侧舱门扒角等小件。

采用砂轮切割机及金属圆锯机下料成本较高(砂轮片及圆锯片经常换)。此外，砂轮用久了容易过度磨损造成飞溅，成为安全隐患。由于很多企业没有管材加工料单，这些加工数据掌握在工人手里,工艺人员无法知道图纸尺寸是否符合生产要求,无法追踪料单正确性。管材成品精度不足,金属圆锯机锯切效率较低。开式可倾压力机对模具的破坏较大,员工操作危险,设备噪声大,生产效率比较低，无法满足大批量生产。一些角度比较大的斜撑冲U型排液孔比较困难,冲出来的U型孔较小,可能会影响电泳排液效果。

2 问题解决方案

2.1 板材下料问题解决方案

板材的下料问题解决方案有两种：一种是采用数控等离子切割机；另外一种是采用数控激光切割机。

2.1.1 数控等离子切割机进行板材下料

用数控等离子切割机代替手工切割的方式进行板材下料，可以提高尺寸精度和加工精度[1]。另外，选择带有编程软件的设备可以提前模拟板材使用情况，从而有计划地提高利用率。此外，配置的排烟除尘系统可以解决作业环境影响工人健康等问题[2]。

数控等离子切割机在切割客车常用厚度5 mm以下板材时，切割平均速度在2 m/min,切割精度能够达到误差在全局0.3 mm以内[3]。

优点是能切割厚22 mm以内钢板，并且可以在一定程度上提高尺寸精度、加工精度及加工效率。缺点是只适用于精度要求不高的客车企业，无法满足焊接机器人对焊接工件的精度要求。对于年产能高的企业，无法满足生产节拍要求。

2.1.2 数控激光切割机进行板材下料

用数控激光切割机代替手工切割的方式进行板材下料，也可以提高尺寸精度和加工精度。另外，选择带有编程软件的设备可以提前模拟板材使用情况，从而有计划地提高利用率。此外，配置的排烟除尘系统可以解决作业环境影响工人健康等问题[4]。

数控激光切割机在切割过程中具有割速快、割缝小等特点。选配不同功率的光纤激光器，能对各种金属和材料进行切割打孔高速精密加工，配合跟随式动态调焦装置。在切割过程中，始终能够保持切割品质如一[5]。

数控激光切割机对于1 mm厚度的薄板拥有绝对性优势，切割速度能够达到16 m/min。切割精度能够达到误差在全局0.05 mm以内。

优点是对于客车常见的5 mm以下厚度的钢板不仅可以最大限度地提高尺寸精度、加工精度及加工效率，更可以预留智能化接口，为实现未来多机并行、智能制造提供可能。而且可以满足焊接机器人对焊接工件的精度要求。缺点是设备采购成本高，数控激光切割机的价格是数控等离子切割机的几倍，只适用于年产能较高的大型客车企业。

在中低产能且考虑成本的情况下,建议薄板类切割设备(1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm板材)使用数控激光切割机;2～5 mm厚度的板材主要使用数控等离子切割。在高产能并对质量要求非常严格的情况下，需要全部使用数控激光切割机进行加工。

2.2 管材下料问题解决方案

管材下料问题的解决方案较为复杂。因为管材下料分为管材单独切割及管材切割加冲孔两种型式，而管材切割又分为直口切割和斜口切割两种方式。

本文综合考虑企业产能、设备成本、加工效率等因素，将解决方案分为管材切割直口、管材冲孔以及管材切割斜口加冲孔3种。

2.2.1 管材切割直口解决方案

考虑到客车厂产品的多样性及生产特性，该方案采用结合全自动切管生产线及金属带锯床两种设备并行，解决了成品精度不足、锯切效率较低以及安全隐患等问题。

全自动切管生产线的优点是可切割铁、不锈钢、铜、铝等多种金属，扩展性好；另外，可对不同规格的材料进行自动切割,生产效率极高,且无安全隐患。加工时可以进行数据输入及存储，全自动上下料。以切50 mm×40 mm×2.0 mm,长度700 mm方钢为例,平均每小时可以切1 000根左右[6]。缺点是设备采购价格较高。

金属带锯床，相比全自动切管生产线，不能自动上下料，也不能对不同规格的材料进行自动加工，只适用于大批量同规格材料锯切,性能稳定,效率较现状高，但比全自动切管生产线低。切割1捆方管(100根左右),大概用时20 min。

2.2.2 管材冲孔解决方案

该方案采用液压冲床和冲磷化孔机并行，解决了安全、加工效率以及电泳排液效果等问题。

液压冲床噪声小，下压行程具有快进和工进两种速度,快进提高工作效率,工进速度可任意调节,保护模具,提高产品质量，适合应用在常规落料、冲孔的基础上，还可以进行弯曲、成型、浅拉伸等一些复杂工艺[6]。液压冲床的优点是比冲磷化孔机价格便宜，但加工效率比冲磷化孔机低。如果企业需要保证电泳质量，从而加工大量磷化孔的话，还是要以冲磷化孔机作为主要加工设备[7]。

冲磷化孔机用于矩形管端头开电泳磷化孔。生产效率高。以加工50 mm×50 mm×2.0 mm两端直角的长度700 mm矩形管为例,单头单面加工U型孔,大约为30件/min[8]。

2.2.3 管材切割斜口加冲孔解决方案

该方案采用数控激光切管机解决了成品精度不足、锯切效率较低、安全隐患及电泳排液效果等问题。

管材切割斜口加冲孔解决方案与管材直口方案有所不同，区别在于此设备能够同时把管及U型孔、穿线孔一次加工成型,不仅节省了物料搬运及上下料等加工辅助时间，而且节省了冲床及冲磷化孔机的设备投资等，极大地提高了生产效率[9]。

该数控激光切管机可对碳钢、不锈钢、铝合金等多种材料的圆管、方管、矩形管以及其他异形管等型材进行高速、高质量切割,自动上料。可一次性切割管材,包括直口件和斜口件两者的排液孔、穿线孔。不用导入图纸。以50 mm×50 mm×2.0 mm规格, 角度45°,平行四边形,长度500 mm,两端开U型孔,侧面开2个25 mm穿线孔为例,每根加工时间为15 s左右[10]。

缺点是数控激光切割机设备一次性投入较大，和全自动切管生产线一样，只适用于年产量较大的客车企业。

3 结束语

随着客车产业的升级，落后产能的淘汰以及客户对品质要求的不断提高，生产设备也在不断完善。板管材下料是客车生产的首道工序，需要根据企业自身的实际情况(节拍、质量标准、设备投资和土地使用面积等)，选择最适应企业本身的工艺设备，力争使客车前端工序质量达到最优，效率最高，从而提高客车整体竞争力。