汽车冲压生产线中板材清洗机的发展现状及应用

2022-05-11杨龙成

锻压装备与制造技术 2022年2期

杨龙成，赵兵，苑佳，高建

（济南二机床集团有限公司，山东济南 250022）

1 清洗机应用环境及国内应用现状

1.1 清洗机应用环境

冲压件是永久性的塑形变形零件。轿车的冲压类零件占比在75%以上。随着汽车产量及品质要求的提升，汽车车身覆盖件面品质要求逐步提高[1]。常见冲压件外观品质问题包括凹凸点、压痕、波浪、变形、毛刺等。其中凹凸点、压痕的形成原因是冲压过程中板材表面有铁屑、油污、胶丝、积尘等。因此对于面品质要求较高的汽车外覆盖板件，目前普遍使用清洗机。清洗机放置位置一般位于线首，在板料进入首序压力机前对板料进行清洗。如图1 所示。

图1 清洗机使用位置

1.2 清洗机国内应用现状

根据清洗机的特点将清洗机进行划分。带油液冲洗功能和刷洗功能的为湿式清洗机，仅带毛刷清洁功能的为干式清洗机。湿式清洗机由于油液冲洗功能，能够保证板料表面和模具拉延接触位置留存一层均匀油膜，保证板料在压力机内有良好的拉延效果。

湿式清洗机在国内汽车冲压行业应用较早。德国的SMT、SCHULER，日本的AISAKU、小矢部，国内以济南二机床集团有限公司（以下简称“济南二机床”）为代表的国内清洗机厂家等，在冲压市场占有一定份额。但在国内高端冲压市场，进口设备仍占有较大比重。

相较于湿式清洗机，干式清洗机出现较晚，以德国SMT、ECKARDT、Wandres 等品牌为主，国内尚未出现国产品牌。根据济南二机床近几年的订单情况来看，湿式和干式清洗机均有使用，并没有完全倾向于某一种清洗机。

2 清洗机功能分析及性能对比

在使用上，湿式清洗机利用刷辊进行平行于物流方向的刷洗保证板料的清洁度，同时利用挤干辊挤压保证板料表面存在油膜且厚度均匀，如图2 所示。而干式清洗机则是利用刷带垂直于物流方向进行刷洗，刷带平行于板料表面，如图3 所示。

图2 湿式清洗机工作原理

图3 干式清洗机工作原理

本文通过理论分析板料上单位杂质在通过毛刷时的线长，用于评价实验刷洗效果。并结合工程实验数据来评估两种清洗机刷洗力。

2.1 湿式及干式清洗机的刷洗线长

为评价清洗机的清洗能力，首先考虑单位杂质通过毛刷时，在刷毛中的通行距离作为评价依据。而干式清洗机刷带垂直与板料运行，其通过宽度计算如式（1）所示。

式中：Wg为干式清洗机总刷洗线长度；Wgs为毛刷总宽度；Lgs为单位杂质通过刷带时间内刷带运行距离；Vs为刷带速度。

湿式清洗机刷毛辊采用螺旋植毛形式，为多层缠绕形式，以提升刷毛螺旋角度，增强刷洗效果[2-3]，具体如图4 所示。图中R 为刷辊半径；Lc 为刷辊工作时刷辊与板料的重合量；Ws 为上下刷辊重合宽度；Lss 为单位杂质通过Ws 宽度时，刷辊自身旋转的距离。对于湿式清洗机，单位杂质通过实际距离Wc如式（2）所示。

图4 湿式清洗机刷辊外形及工作示意图

式中：Wc为总刷洗线长度；nz为刷辊转速；Vb为板料通过速度。

在不考虑刷毛密度前提下，结合本公司前期使用产品参数，板料通过速度150m/min，刷辊半径115mm，转速249.2 转/min，刷毛重合量推荐1mm～2mm，为便于计算取1.5mm。干式清洗机刷带宽度76mm，刷带运行速度180m/min。以上参数结合计算公式，单位杂质通过干式清洗机的线长是湿式清洗机的1.46 倍，在不考虑毛刷植毛密度影响下，杂质被毛刷接触并清洗的概率提高很多。2009 年墨西哥福特Cuautitlin 工厂对干式和湿式清洗机分别给出20组和35 组测试数据，如图5 所示。