汽车门盖零件折边工艺改滚边工艺的研究与应用

摘 要：近年来，我国的汽车行业发展迅速，汽车制作工艺也有了很大进展。本文介绍了汽车制造行业的门盖生产两种常用包边工艺-折边与滚边，对比了两种工艺的差异点，创新性地提出了以滚边工艺完成折边工艺所制造零件的方法，具体介绍了折改滚的整个实施过程，分析了其中的难点，此方案对于其他需要折改滚的领域具有推广价值。

关键词：汽车制造业;汽车门盖包边;折边工艺;滚边工艺;折改滚

0 引言

汽车作为人们日常出行的交通工具，随着国民经济的发展，汽车的保有量逐年猛增，真正走向千家万户。汽车四门两盖作为关键的大型覆盖件，在设计制造过程中，通常将内板、外板分开冲压和焊接，然后对分总成件加涂隔震胶和折边胶扣合，经过压合工艺使外板将内板包住成为一体。压合完毕的门盖件，上检具进行尺寸检验合格后，送至白车身门盖装配调整线完成安装和表面调整形成完整的白车身。

1 汽车门盖自动滚边岛主要构成部分

根据上件方式的不同，可以有两种模式：一是无专用上件台，操作工直接上件至滚边胎膜中，为开放式滚边岛，不安全;一种是有专门的上件台和安全隔离，操作工上件至上件台，然后机器人抓取零件至胎膜中完成滚边，是为封闭式滚边岛，安全性高。本方案基于后一種模式。封闭式滚边岛主要构成包括五大系统：机器人及其控制系统。本系统主要是通过执行程序来抓取零件、抓手、滚边头并控制其运动轨迹，从而完成滚边任务，整个滚边过程一般分2～4次完成。对于机器人选用要求包括：线性重复精度<0.2mm，机器人的负载在200kg左右，保证相关操作可达性。滚边胎膜系统，主要由下胎膜和上压膜构成。滚边下胎膜一般采用铸钢GP3M进行整体铸造、数控加工而成，表面进行激光硬化，硬度一般在50～54HRC，且其型面要求与零件外板表面相吻合，从而保证表面质量及滚边压合质量。上压膜及下胎膜还兼具定位夹紧作用：以车门为例，布置一定数量的吸盘以使外板型面尽可能与下胎膜贴合;上胎膜与内板之间采用孔定位，并在胎膜周围布置一定数量的夹头进行夹紧。滚轮系统：滚轮结构看似简单却承载重要作用，它直接与门盖零件接触，因此对其表面质量及硬度要求较高，通常设计为90°轮、45°轮、30°轮、成型轮、专用特殊轮，根据零件形状不同，滚轮尺寸规格也不同。滚轮系统结构中也会增加弹性机构，得到所需求的滚轮压力。传感器及PLC控制系统。收集各种信号，用于控制机器人动作、胎膜上夹头的夹紧动作等。辅助系统，包括上下件台（人工将零件置于上件台，机器人将零件置于下件台），抓手（用于机器人搬运零件），自动岛基础建设部分，如围栏（是自动岛形成封闭区域）、安全扫描设备（保证操作工安全）等软件系统。采用Robcad、CATIA等软件来建模，并进行机器人轨迹规划与运动仿真，模拟自动岛工作过程。

2 汽车门盖滚边工艺与设备

工艺过程：整个滚边过程一般分为三步，首先进行的第一道滚边，将翻边角度翻折为60°;之后进行第二道滚边，将翻边角度由60°折弯至30°;最后终滚边，将外板压平，使得内外板平行。由于滚边过程是机器人带着滚轮沿零件绕一圈工作，每一道滚边需要完整的走一圈，因此节拍较低，最高可以达到30JPH;正因为从一个位置滑移到下一个位置，因此与折边工艺相比，在滚边零件的翻边处容易出现波浪或堆料缺陷。滚边设备由三个主要组成部分：滚边胎膜、机器人、滚轮系统，机器人和滚轮为标准设备。滚边胎膜跟随零件形状而变化，由上胎膜和下胎膜作用是完成零件内板定位和外板型面支撑，带滚轮的机器人完成滚边成型。机器人滚边通过机器人控制器控制滚轮的运动轨迹和压力及滚边的速度等参数来实现。

3 RPS制定规则

制定RPS主要考虑设计阶段对零件精度标准进行规范，方便之后生产过程中进行精度控制。RPS规定从开发到制造、检测，直至批量装车各个环节所有涉及到的人员必须遵循的定位点及其公差要求。RPS主要有以下三个方面作用。（1）避免了由于基准点变化造成零件尺寸偏差加大。（2）避免了模板的使用。模板的使用有很大局限性，并且增加了加工时间。规定工装用RPS点校准，那么加工就变得直接，模板不再作为辅助定位工具使用。（3）RPS点是模具、工装、夹具的定位点。为了实现统一的定位技术规则，必须保证模具、工装、检具都按照RPS点来制造，这一点是RPS最重要的作用。

4 RPS制定过程

RPS是由同步工程小组确定的，同步工程小组由如下各部门的专业人员组成：开发部门、质量保证部门、生产部门、规划部门、协作厂家。在产品开发阶段，各部门的专业人员在同步工程小组内部达成共识的前提下确定零件的RPS，因为如果在后续制造中再进行产品更改，会造成高费用的发生。统一的RPS使用规则可以使查找错误、分析错误变得既快捷又清晰，另外，依据RPS方法制定出目标清晰的措施，能够有效地控制住更改过程中的高费用。RPS制定过程可以分为以下六个步骤：功能研究、公差研究、RPS确定、尺寸图确定、公差计算、产品图纸，其中功能研究最重要，其它步骤需为其服务。在RPS制定过程中，有经验丰富的专业人员参与至关重要。

5 包边系统

（1）油压机+包边模具+换模机构的布置形式运用最广泛，适合于大批量多品种生产，生产节拍最快可达到40秒/件，且包边质量稳定;但一次性投入成本高，需要土建基础，占地面积大;当车型切换时，需要将模具及缺乏柔性的辅助机构废弃。（2）包边专机的结构与传统压机的复杂程度接近，占地面积相对较小，引入机器人后可实现固定种类门盖的柔性生产，但当预定车型改款或者停产时，专机部分无法继续使用。（3）机器人涂胶及滚边工作站适合于中小批量的多种车型生产，整线的柔性较高，综合成本相对低;当车型切换时，线体的重复构造只需要改造抓手和定位工装等辅助设施;不需要地面开挖和做土建基础，用户现场施工周期短。

6 折改滚技术难点探讨

6.1 折边损耗、滚边损耗与翻边高度

内外板单件通过滚边或折边得到的新的零件称之为总成零件。在折边或滚边工艺中，外板单件零件在包内板单件零件前后，其外轮廓大小会发生变化，一般而言，折边或滚边之后，与外板单件轮廓相比，总成轮廓会变小，其变小的量称之为损耗量，这个损耗并不是零件材料消失了，而是指代轮廓变小了，看上去像是材料消失了。因此，折边损耗是指外板零件折边前后长度产生的变化量，滚边损耗是指外板零件滚边前后长度产生的变化量。在汽车零件设计中，零件是先设计总成，之后设计单件，称之为逆推法。在逆推的过程中，需要考虑滚折边损耗。一般而言，由于两种工艺和设备的条件限制，折边工艺损耗量大于滾边工艺损耗量，即折边损耗大于滚边损耗。因此，为了得到相同轮廓的总成，采用折边工艺生产的单件轮廓大于采用滚边工艺生产的单件轮廓;或者，从另外一个角度讲，采用相同的外板单件，滚边工艺得到的总成轮廓会大于折边工艺得到的总成轮廓。

6.2 折改滚技术难点及解决方案

6.2.1 保证折改滚后，零件轮廓尺寸符合公差要求

（1）滚边胎膜进行特殊设计，轮廓尽可能与外板单件翻边棱线平齐，甚至略小于外板翻边棱线。在实际设计胎膜过程中，一方面依据零件数模，另一方面由于实际生产中会出现零件状态发生变化而数模并未随之更新的情况，因此为了使胎膜状态尽可能贴近实际零件状态，对零件采用光学扫描方式捕获其实际型面状态，并采用软件进行拟合得到实际零件轮廓状态，然后采取此模拟数据修正理论数模数据，从而使得胎模设计更为科学。（2）滚轮进行特殊设计，在现场调试时，第一道滚边时滚轮型面尽可能与翻边底部棱线贴齐。（3）在现场调试时，第一道滚边时滚轮型面尽可能与翻边底部棱线贴齐的基础上，增加滚轮压力，将轮廓棱线尽可能往里推，以保证轮廓不要外扩，达到将零件外轮廓做小的目的。

6.2.2 保证折改滚后，零件轮廓形状和零件外表面平顺度符合Audit要求

（1）增加滚边过程中滚轮循环次数，减小每次滚边时的翻转角度，比如正常滚边每道度数约为30-45度，可视具体情况减小为15-30度，此种方式代价是降低节拍。（2）改变滚轮运动方向，常规滚边为了节拍考虑，一般是从一个方向一直滚至另一个方向至结束，这种方式是堆料产生的原因之一，而一次性滚边长度越长，越容易导致堆料问题，但对于原本就是滚边的零件来讲属于可接受范围，对于折改滚的单件，采用此种方式之后，堆料问题会加重。因此为了减轻堆料问题，将一段长滚边拆分为多段短滚边，例如从两端向中间分两次进行滚边，可有效解决此问题，此种方式代价也是会降低节拍。

7 结束语

总之，上述滚边工艺和生产线布置形式，存在各自的优劣势，在实际工艺规划和生产线建设时，需结合车型的特点和本方的实际情况，综合考虑和相互组合，从而使建设成本和使用效率能达到兼顾。

参考文献：

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[3]朱爱平，万锋.汽车白车身机器人滚边质量研究[J].中国商界，2010（08）：341-343.

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