汽車行業(yè)日益成為中國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，冷成形工藝是汽車零部件生產(chǎn)中的一種特殊的低成本高質(zhì)量解決方案，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車零部件質(zhì)量要求越來越高，冷成形生產(chǎn)需要特殊的質(zhì)量管控措施。冷成形工藝介紹
冷成形即金屬在室溫下的塑性變形，以鐓鍛和擠壓相結(jié)合，是一種較特殊的冷鍛工藝。冷成形工藝的原材料為盤卷線材，鋼材為冷鐓鋼或有色金屬，其中中低碳鋼和中低碳合金鋼較為常用。新光凱樂采用6工位高精度冷成形機(jī)（德國和比利時(shí)設(shè)備）進(jìn)行生產(chǎn)，如圖1所示。冷成形機(jī)工作流程：先將成包的線材開卷和校直，并在伺服系統(tǒng)的控制下送料給冷成形主機(jī)進(jìn)行切斷，經(jīng)過多次在模具內(nèi)塑性變形，最終成為復(fù)雜零件，隨傳送帶傳送出成品。冷成形塑性變形包括鐓粗、縮徑、反擠、正擠、整形、剔料等，變形過程一般在封閉模腔內(nèi)進(jìn)行，典型的冷成形工藝如圖2所示。
冷成形工藝的特點(diǎn)
節(jié)約材料，連續(xù)生產(chǎn)
冷成形產(chǎn)品為凈成形或半凈成形，同傳統(tǒng)鍛件一樣有較好的成材率，有少加工或免加工的特點(diǎn)。另外，該工藝沒有車削或鋸切下料的切縫損耗，也沒有外徑剝皮損耗，且為連續(xù)批量生產(chǎn)，每包材料重量在1～2噸之間，料頭料尾損耗很小，材料利用率較高。
生產(chǎn)效率高
冷成形工藝生產(chǎn)效率高，節(jié)拍為60～150件/分鐘，每班（8小時(shí)）生產(chǎn)1.5萬～4萬件，且是連續(xù)進(jìn)料和生產(chǎn)，輔助工作停機(jī)時(shí)間短。傳統(tǒng)意義上的單工序冷鍛生產(chǎn)節(jié)拍為3～30件/分鐘，需要2～4道工序，對于復(fù)雜件需增加中間退火、磷化工序，生產(chǎn)周期長，2～4天才能批量生產(chǎn)出成品，與之相比，冷成形生產(chǎn)效率非常高。
產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、一致性好
冷成形工藝的工藝鏈短，可短時(shí)間進(jìn)行大批量生產(chǎn)，設(shè)備因素、人員因素、環(huán)境因素較單一，人為影響因素較小，產(chǎn)品穩(wěn)定。
可成形復(fù)雜形狀和截面產(chǎn)品
新光凱樂應(yīng)用最新的有限元模擬軟件Qform對復(fù)雜產(chǎn)品的成形過程進(jìn)行分析，理論與實(shí)踐相結(jié)合，準(zhǔn)確地掌握產(chǎn)品塑性變形過程，使復(fù)雜產(chǎn)品的冷成形成為可能，圖3所示為復(fù)雜形狀的冷成形產(chǎn)品。
提高產(chǎn)品性能及降低材料成本
通過材料的加工硬化效應(yīng)，使最終產(chǎn)品達(dá)到客戶要求性能；或用低碳鋼代替中碳鋼，或中低碳鋼代替中低碳合金鋼，或優(yōu)化產(chǎn)品截面降低產(chǎn)品重量，進(jìn)而降低產(chǎn)品成本。
汽車?yán)涑尚渭馁|(zhì)量管控
由于汽車行業(yè)的特殊性，冷成形件需要保證非常高的質(zhì)量水平，安全產(chǎn)品和關(guān)鍵產(chǎn)品的交貨往往要求為0PPM，因此，冷成形生產(chǎn)需要采取較特殊管控措施，保證產(chǎn)品交付質(zhì)量。
SPC系統(tǒng)作為質(zhì)量保證的基礎(chǔ)
由于冷成形生產(chǎn)的高效性和較大的生產(chǎn)數(shù)量，很難進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，應(yīng)用SPC系統(tǒng)可確保批次產(chǎn)品的宏觀質(zhì)量，如圖4所示，利用產(chǎn)品變化的連續(xù)性、生產(chǎn)過程的抽檢以及X-R圖，評判抽樣之間的產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)相關(guān)影響因素變化后，進(jìn)行首末件的檢測，確保每批次產(chǎn)品的質(zhì)量滿足用戶使用要求。
規(guī)范過程控制，減少變差，提高穩(wěn)定性
實(shí)施全面自動(dòng)化生產(chǎn)，采取自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)下料和自動(dòng)成形，降低人為因素影響；生產(chǎn)過程參數(shù)固定化，并存儲在設(shè)備PLC中，每次生產(chǎn)調(diào)用即可，如圖5所示，確保生產(chǎn)過程的一致性；注重設(shè)備和模具的預(yù)防、預(yù)見性維護(hù)，實(shí)施系列防錯(cuò)措施，避免系統(tǒng)和偶發(fā)因素導(dǎo)致不合格品的產(chǎn)生。
產(chǎn)品100%檢驗(yàn)系統(tǒng)
在汽車安全產(chǎn)品上，實(shí)現(xiàn)0PPM交貨目標(biāo)就是出貨100%檢驗(yàn)。然而，大批量、高速度的重復(fù)性檢驗(yàn)工作通過人工來完成是一個(gè)實(shí)現(xiàn)困難且風(fēng)險(xiǎn)不可控的環(huán)節(jié)，通過高速檢驗(yàn)設(shè)備和系統(tǒng)驗(yàn)證的方法，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的零缺陷交付，如圖6所示。
汽車?yán)涑尚渭馁|(zhì)量改進(jìn)
除正常系統(tǒng)的質(zhì)量管控措施外，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定還需要在工藝方面持續(xù)不斷的改進(jìn)，保證工藝的先進(jìn)性和穩(wěn)定性。另外，人員素質(zhì)及技能提高也是產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)。
通過工藝改進(jìn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性
⑴提高設(shè)備剪切精度，提高產(chǎn)品剪切質(zhì)量。新光凱樂的冷成形產(chǎn)品絕大部分采用閉模鍛造成形，剪切料粒的重量波動(dòng)會(huì)影響到產(chǎn)品的尺寸精度，甚至影響成形性。原設(shè)備采用送線輪送線、定位塊限位的剪切方式，產(chǎn)品重量波動(dòng)大，新設(shè)備采用數(shù)控液壓方式進(jìn)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，有效地提高了產(chǎn)品尺寸精度。改進(jìn)后的高速剪切系統(tǒng)，料粒端面的平整度有了很大提高，無明顯的剪切變形，如圖7所示，不僅提高了剪切料粒的重量精度，同時(shí)提高了產(chǎn)品的局部形位公差，例如平面度、平行度和圓度等。
對于多工位復(fù)雜件的成形，過程毛坯件的尺寸波動(dòng)需要嚴(yán)格控制，利用各工位模具單獨(dú)可調(diào)整性，可實(shí)時(shí)精確控制各工位過程毛坯件尺寸。由于材料在成形時(shí)產(chǎn)生熱量，模具會(huì)有一定的溫升，部分產(chǎn)品的模具溫度可達(dá)到180度，由于模具在不同溫度時(shí)產(chǎn)品尺寸略有不同，需要按照實(shí)際情況對各工位模具進(jìn)行調(diào)整，確保生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。⑶提高模具質(zhì)量穩(wěn)定性和過程能力。模具質(zhì)量不僅包括模具的尺寸精度和形位公差，也包括模具的性能，例如強(qiáng)度、硬度、剛度及預(yù)應(yīng)力等參數(shù)。產(chǎn)品尺寸精度要求的不斷提高，也要求模具尺寸精度隨之提高，測量系統(tǒng)穩(wěn)定性一般要求測量設(shè)備的最小刻度是產(chǎn)品尺寸公差帶的1/10，同理，我們也需要將模具的尺寸公差帶控制到產(chǎn)品尺寸公差帶的1/10～1/5，以保證產(chǎn)品的一致性。產(chǎn)品成形時(shí)，模具需承受1000～3000MPa的壓力，模具的剛度、強(qiáng)度和預(yù)應(yīng)力的穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品的尺寸，因此需要模具保證產(chǎn)品應(yīng)力應(yīng)變的一致性和穩(wěn)定性。模具質(zhì)量穩(wěn)定和互換性高是批量穩(wěn)定生產(chǎn)的必要條件，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定乃至換模不調(diào)機(jī)的前提。冷成形工藝一般采用經(jīng)球化退火處理的線材進(jìn)行生產(chǎn)，材料較好的表面質(zhì)量、較好的塑性和穩(wěn)定的強(qiáng)度才能保證產(chǎn)品的成形性和尺寸精度。產(chǎn)品復(fù)雜程度越高，材料的塑性越影響產(chǎn)品的成形性，塑性差會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品無法成形，或尺寸劇烈波動(dòng)等引起成形失敗。材料性能不穩(wěn)定會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸波動(dòng)大，無法控制金相組織，特別是在產(chǎn)品有硬度、強(qiáng)度或扭矩要求時(shí)，必須嚴(yán)格控制材料的化學(xué)成分或機(jī)械性能，保證產(chǎn)品經(jīng)加工硬化后仍符合客戶要求。冷成形使用冷成形油對材料與模具進(jìn)行潤滑和冷卻，當(dāng)潤滑條件改變時(shí)，將影響產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性；新光凱樂使用最新的油氣噴射系統(tǒng)，精準(zhǔn)控制附著毛坯件的油膜，以保證成形條件的一致性，確保產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性。⑹改進(jìn)成形工藝，提高產(chǎn)品局部尺寸控制。應(yīng)后續(xù)裝配要求，產(chǎn)品局部尺寸精度較高，改進(jìn)成形細(xì)節(jié)，由產(chǎn)品的整體精整或成形，變?yōu)榫植烤虺尚�，或�?yōu)化模具間隙，控制局部材料的成形飽滿度和壓力，達(dá)到較高的局部尺寸精度。各成形工位的壓力監(jiān)控裝置通過對壓力曲線的監(jiān)控，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，防范設(shè)備和模具意外損壞、毛坯異常等偶發(fā)因素造成不合格產(chǎn)品混入，如圖8所示。另外，下料定位監(jiān)測、夾鉗壓力檢測、成品通道自動(dòng)控制系統(tǒng)等各系統(tǒng)傳感監(jiān)測裝置或自動(dòng)控制模塊的應(yīng)用，形成了系統(tǒng)化的防錯(cuò)措施。
崗位人員的培訓(xùn)
冷成形崗位要求人員的綜合素質(zhì)較高，只有通過對有基本素質(zhì)的員工進(jìn)行系統(tǒng)化培訓(xùn)才能達(dá)到獨(dú)自操作上崗的水平。系統(tǒng)化的細(xì)節(jié)培訓(xùn)，包括冷成形生產(chǎn)線所有設(shè)備操作、5S管理、表格填寫、事件升級等基礎(chǔ)操作或流程，使員工獲得基本的上崗技能；由低到高的產(chǎn)品調(diào)試生產(chǎn)技能培訓(xùn)，從簡單管狀或軸類產(chǎn)品，到內(nèi)外齒產(chǎn)品、球形法蘭件及特殊產(chǎn)品等復(fù)雜產(chǎn)品調(diào)試的生產(chǎn)技能培訓(xùn)，提升員工專業(yè)技術(shù)能力；由點(diǎn)到面的知識培訓(xùn)，包括設(shè)備維護(hù)、質(zhì)量管控、模具、材料及測量等專業(yè)知識，提高員工專業(yè)素質(zhì)及實(shí)際解決問題的能力。
結(jié)束語
在汽車行業(yè)競爭日益激烈的市場環(huán)境下，為滿足不斷提高的客戶產(chǎn)品質(zhì)量要求，必須通過系統(tǒng)的生產(chǎn)過程管控、工藝的先進(jìn)性以及員工專業(yè)化的技能水平來實(shí)現(xiàn)冷成形工藝的生產(chǎn)。最后，希望我國鍛造行業(yè)在專業(yè)化和精細(xì)化進(jìn)程中，拉動(dòng)整個(gè)鍛造產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，力爭在全球化競爭中奪取優(yōu)勢地位。
