該結(jié)構(gòu)件名稱為后縱梁，分左、右兩個(gè)型號，材質(zhì)A1SilOMgMn，零件重量約 15k}，范圍尺寸約為1400mmx400mmx500mm，平均厚度3mm，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

      A1SilOMgMn為AI-Si-Mg-Mn系高強(qiáng)韌鋁合金，鑄造性能好，尤其是高真空壓鑄性能好，可通過熱處理進(jìn)一步強(qiáng)化，因此在薄壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受負(fù)荷的汽車結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛。

    現(xiàn)將某大型鋁合金結(jié)構(gòu)件的全生產(chǎn)流程做簡要介紹，為廣大讀者提供參考。

1、毛坯生產(chǎn)

 1.1壓鑄

      歐洲整車企業(yè)都擁有鑄造子公司，負(fù)責(zé)大型、復(fù)雜鑄件的研發(fā)和生產(chǎn)，同時(shí)為了降低成本，會將剩余加工工序采用外包的方式委托“后處理”企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)。這樣的生產(chǎn)方式細(xì)化了市場分工，提高了汽車零部件生產(chǎn)的專業(yè)化和自動化程度，但也為物流、信息流、組織協(xié)調(diào)生產(chǎn)提出了更高的要求，這也促進(jìn)了歐洲企業(yè)對管理技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用。

    該結(jié)構(gòu)件壓鑄工序主要涉及壓鑄機(jī)、壓鑄模具、合金材料、合金液處理、真空應(yīng)用、工藝參數(shù)優(yōu)化等因素。

1.1.1壓鑄機(jī)及模具

      本產(chǎn)品使用的是4400t大噸位布勒冷室壓鑄機(jī)，一模兩件，與小噸位壓鑄機(jī)相比，可以提供較高的鎖模力，鑄件結(jié)構(gòu)更加致密，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和性能。

1.1.2真空壓鑄

      壓鑄件中的氣孔會造成局部應(yīng)力集中，成為裂紋源，導(dǎo)致鑄件強(qiáng)度和抗疲勞能力降低l刀，真空壓鑄是減少氣孔問題的有效方法之一。采用真空壓鑄技術(shù)，將壓鑄模內(nèi)壓室和型腔內(nèi)的氣體抽出，使金屬熔液在相對真空條件下填充型腔，能顯著減少鑄件內(nèi)的溶解氣體和氣孔，提高鑄件內(nèi)部組織的致密度。壓鑄件可進(jìn)行熱處理，從而提升了綜合力學(xué)性能.

1.1.3模具

      由于零件形狀復(fù)雜、壁薄、冷卻速度快，在壓鑄工序會產(chǎn)生較大應(yīng)力，應(yīng)力又導(dǎo)致了變形，為了保證鑄件出廠尺寸，在模具設(shè)計(jì)階段就考慮了反變形量，同時(shí)正確的模具冷卻設(shè)計(jì)對凝固過程有決定性影響。

1.1.4信息化

      在壓鑄過程中，對澆注溫度、模具溫度、低/高壓射速度、充型時(shí)間、保壓壓力、真空度等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和實(shí)時(shí)監(jiān)控，嚴(yán)格監(jiān)控產(chǎn)品品質(zhì)。所有出廠合格的毛坯件都由激光打標(biāo)機(jī)刻上二維碼，實(shí)現(xiàn)對后續(xù)加工的信息化和可追溯化管理。

1.2包裝與運(yùn)輸

      將去除澆道系統(tǒng)、飛邊的鑄件做出廠質(zhì)檢，結(jié)構(gòu)完整、外形輪廓尺寸合格、無其他鑄造缺陷的鑄件裝箱發(fā)往外包機(jī)加工企業(yè)。

      整車廠為產(chǎn)品最終用戶，根據(jù)產(chǎn)品形狀和貨車車廂尺寸，為其設(shè)計(jì)了專用料框，零件均使用夾緊機(jī)構(gòu)固定在料框中防止互相接觸、磕碰，保證毛坯在運(yùn)輸過程中的經(jīng)濟(jì)性和安全性。運(yùn)輸零件的貨車使用標(biāo)準(zhǔn)側(cè)簾箱式貨車，配合裝卸貨平臺使用。車廂側(cè)簾拆卸極為便捷，兩側(cè)和后側(cè)均可卸貨，車身與車頭可分離，司機(jī)無需等待上下貨時(shí)間;這些都提高了運(yùn)輸?shù)陌踩�和效率�?/span>

2、后處理加工

2.1進(jìn)場檢驗(yàn)

      箱式貨車進(jìn)廠后利用叉車將裝滿毛坯件的料框卸至生產(chǎn)線的上料點(diǎn)緩存區(qū)，由工人對照發(fā)貨單和人場檢測表，進(jìn)行外觀檢查，查看是否存在明顯的鑄造缺陷和運(yùn)輸過程中是否有損壞和污染。

2.2熱處理T7

        為了提高鑄件的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性、切削加工性能和焊接性能，需要對壓鑄毛坯件進(jìn)行熱處理。一般而言，普通壓鑄件由于含氣量高，無法進(jìn)行高溫處理。因?yàn)殍T件中的氣體在高溫?zé)崽幚硐掳l(fā)生膨脹聚集，造成鑄件表面鼓泡，同時(shí)嚴(yán)重降低鑄件的伸長率。由于該鑄件采用高真空壓鑄，鑄件中含氣量可低于15m1/100g，甚至低于lOml/100g，可以對鑄件實(shí)施T7熱處理。 T7熱處理可同時(shí)顯著提高鑄件的強(qiáng)度和韌性。

      裝滿毛坯件的料框通過輥道輸送至熱處理上料工位，由工人將零件從料框中取出，擺放在熱處理托盤上，每個(gè)托盤上擺放3件。每個(gè)熱處理托盤都陶瓷二維碼一一對應(yīng)，托盤自動通過掃描儀時(shí)，數(shù)據(jù)自動上傳至ERP系統(tǒng)。

2.2.1固溶處理

      進(jìn)行T7熱處理(固溶處理加穩(wěn)定化處理)，固溶溫度和時(shí)間嚴(yán)格按照工藝要求執(zhí)行，使合金內(nèi)的可溶相充分溶解。固溶處理后微觀組織會發(fā)生變化，共晶硅發(fā)生了熔斷、�；�、球化，會均勻分布在a -Al固溶體上。富Mg相也充分溶解在a -Al固溶體中。

      零件由于在壓鑄過程中的冷卻速度非�？�，再加上不平衡凝固造成的應(yīng)力集中，因此在熱處理工序中，零件容易變形，如果變形控制不好，后續(xù)的機(jī)加工、裝配均無法實(shí)現(xiàn)。熱處理托盤是熱處理工序的重要工裝，合理的設(shè)計(jì)可以大大減小零件在熱處理過程中的變形，為后續(xù)的矯形工序創(chuàng)造有利條件。托盤的設(shè)計(jì)和修改是個(gè)動態(tài)的過程，是由生產(chǎn)實(shí)踐和軟件模擬不斷優(yōu)化和檢驗(yàn)的過程。

2.2.2空冷

      該連續(xù)通過式熱處理爐為了節(jié)省空間，采用多層設(shè)計(jì)，第一層為固溶處理層，第二、三、四層為時(shí)效處理層，工件和托盤的轉(zhuǎn)運(yùn)通過提升機(jī)完成，溫度控制精度為30℃。保溫時(shí)間結(jié)束后，托盤和零件進(jìn)人空冷工位，同時(shí)對4個(gè)托盤進(jìn)行空冷，空冷時(shí)間、冷卻速度按照工藝參數(shù)執(zhí)行。處理結(jié)束后，零件冷卻至室溫，零件掃二維碼，數(shù)據(jù)進(jìn)人熱處理爐數(shù)據(jù)庫和ERP系統(tǒng)。

2.3氣泡檢查和修復(fù)

      固溶處理結(jié)束后，零件輸送至氣泡檢查工位，檢查零件是否出現(xiàn)氣泡，氣泡尺寸直徑、氣泡群大小、氣泡間隔距離和裂縫尺寸，按照檢測標(biāo)準(zhǔn)確定不合格品，合格品上的小氣泡可以用錘子輕輕敲擊，消除氣泡。氣泡檢查和修復(fù)工序結(jié)束后，掃二維碼，數(shù)據(jù)上傳ERP系統(tǒng)。

2.4矯正和檢測    

       零件的變形主要發(fā)生在風(fēng)冷淬火過程中，而在隨后人工時(shí)效過程中變形很小。鋁材零件淬火后在晶體形成前材料非但沒有變硬，反而變得比之前更軟，塑性更好，在風(fēng)冷淬火后對其進(jìn)行校形，而后再進(jìn)行人工時(shí)效，以穩(wěn)定零件尺寸，減小后續(xù)變形。

       由于此產(chǎn)品形狀復(fù)雜、體型較大，需要控制27個(gè)點(diǎn)的形位精度，人工校形難度非常大，會嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量和效率，因此采取了自動矯形機(jī)，此專用設(shè)備配備有20多個(gè)測量探針，液壓站提供矯形力，PLC根據(jù)測量探針的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算矯形力。各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際偏差以圖表形式顯示在屏幕上，方便操作員及時(shí)了解矯正情況，偶爾配以手動矯正，這樣就滿足了質(zhì)量和效率的要求。該產(chǎn)品分左右兩個(gè)品種，因此布置兩臺矯形機(jī)，分別處理左右件。每臺設(shè)備有經(jīng)過質(zhì)檢的標(biāo)準(zhǔn)樣件，每矯正25件產(chǎn)品，用標(biāo)準(zhǔn)件重新對設(shè)備進(jìn)行一次校訂。

      自動校正后的在產(chǎn)品上用綠色記號筆標(biāo)記，掃描二維碼，擺放至熱處理支架，傳送輥道將零件和熱處理托盤返回輸送至熱處理爐，進(jìn)行人工時(shí)效處理。

2.5熱處理(穩(wěn)定化處理)

     淬火后，零件組織產(chǎn)生過飽和固溶體，金屬結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，由于此產(chǎn)品對尺寸穩(wěn)定性有較高要求，必須在長期使用的條件下形狀和尺寸變化能夠保持在規(guī)定范圍內(nèi)，因此必須進(jìn)行穩(wěn)定化處理，經(jīng)完全人工時(shí)效后以Mg₂Si強(qiáng)化相的形式析出，獲得高韌性和高強(qiáng)度的零件。

      按照工藝確定的溫度和時(shí)間進(jìn)行人工時(shí)效處理，結(jié)束后由人工在工件上用打標(biāo)器打上永久性記號，并用綠色記號筆標(biāo)記。熱處理后的零件抽檢機(jī)械性能，用水刀在零件指定位置取樣，包括:屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、布氏硬度、鉚接性能。屈服強(qiáng)度要求Rp0.2≥110MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥170MPa，延伸率A≥10%。完全人工時(shí)效后，使強(qiáng)化項(xiàng)析出，提高強(qiáng)度。與后續(xù)機(jī)加工時(shí)間間隔不能超過72小時(shí)。

2.6自動打磨

      所有配合面、接觸面、安裝部位都需要光滑、無毛刺，打磨工序會產(chǎn)生大量粉塵和噪音，環(huán)境惡劣，工作強(qiáng)度大，在產(chǎn)量較大的情況化，采用了機(jī)械手自動打磨，完全封閉的打磨隔間將粉塵、噪音隔離，除塵系統(tǒng)保證了隔間中空氣粉塵100%收集，收集的粉塵自動加水形成糊狀輸送至清理小車。

      操作工將左右工件分別擺放至兩條輸送帶，輸送進(jìn)人自動打磨隔間定位位置，機(jī)械手掃描工件二維碼后抓取鑄件，按照工藝路線進(jìn)行自動打磨。

    打磨隔間配備6臺ABB機(jī)械手，打磨后的工件擺放至皮帶輸送機(jī)，輸送至機(jī)加工區(qū)域。

2.7機(jī)加工

      機(jī)械手從皮帶輸送機(jī)上抓取工件，擺放至機(jī)加工中心，為了匹配90秒/件的產(chǎn)能，共配備了4臺5軸高速加工中心，工件裝夾1次即可完成所有加工面、深孔、攻絲的加工，共加工38個(gè)直徑5.5mm-20mm的通孔、盲孔和螺紋孔。加工中心選擇Chiron Mill 2000立式5軸銑床加工中心，選擇該設(shè)備主要是根據(jù)機(jī)床效率、加工產(chǎn)品的精度和機(jī)床的可靠性。

2.8清洗

      清洗工序也實(shí)現(xiàn)自動化，機(jī)械手將機(jī)加工后的零件擺放至輸送輥道支架上，自動運(yùn)行至清洗室內(nèi)。用PH值7－11的50℃的清洗液以3－4bar的壓力清洗機(jī)加工后的零部件，隨后用經(jīng)過加熱的壓縮空氣吹干，由機(jī)械手拾取并擺放至裝配工位。

2.9裝配

      裝配之前設(shè)置人工檢測工位，可抽檢清洗后的產(chǎn)品，檢測機(jī)加工的各加工面、深孔、螺紋的誤差和表面潔凈度。

      整個(gè)零件需安裝7個(gè)內(nèi)螺紋、2個(gè)(左件)或4個(gè)(右件)盲鉚釘，采用全自動安裝，由3臺機(jī)械手和自動供料系統(tǒng)組成，機(jī)械手配備自動檢測設(shè)備，如出現(xiàn)不合格品，由人工完成返修。

2.10電泳涂裝、裝箱發(fā)貨

      為了提高耐腐蝕性能和美化外觀，經(jīng)過檢驗(yàn)合格后的產(chǎn)品，經(jīng)過清洗、電泳涂裝、烘干后，抽樣檢測不同部位的涂裝層厚度、表面形態(tài)、附著力、耐腐蝕性等指標(biāo)。經(jīng)最終出廠檢測，質(zhì)量合格的產(chǎn)品包裝、發(fā)貨到整車廠。

3、質(zhì)量

3.1質(zhì)量體系和標(biāo)準(zhǔn)

      質(zhì)量為制造型企業(yè)生存的命脈，特別是歐洲汽車零部件企業(yè)，嚴(yán)格遵守各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其中包括:IS09001國際質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)、ISO50001能源管理、IS014001環(huán)境管理體系、IATF16949汽車產(chǎn)品質(zhì)量體系、整車廠各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)企業(yè)還采用精益管理、Audit質(zhì)量管理、FMEA潛在失效分析等，以此確�？蛻魧�質(zhì)量和產(chǎn)量的要求。

      特別是整車廠的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，針對該鑄件，在合同簽訂中明確提出需要外包企業(yè)遵守的各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加工企業(yè)會認(rèn)真研究客戶的各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格按照合同規(guī)定進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)、交付。

3.2質(zhì)檢相關(guān)

      按照客戶質(zhì)量協(xié)議，配置的主要檢測及周邊設(shè)備有:三坐標(biāo)測量儀、三維光學(xué)掃描儀、著色滲透探傷設(shè)備、水刀、顯微鏡、力學(xué)性能檢測設(shè)備、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

       在產(chǎn)品加工過程中，利用在線和線下檢測設(shè)備，全流程監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，例如:熱處理后的零件通過檢測電導(dǎo)率，以檢測熱處理硬度和狀態(tài)的均勻狀況;機(jī)加工后使用三坐標(biāo)和三維掃描抽樣檢測加工尺寸;在自動裝配到內(nèi)作業(yè)的機(jī)械手，配備有自動拍照檢測工位，將裝配完成的每個(gè)部位進(jìn)行拍照，與存儲的標(biāo)準(zhǔn)圖樣比較、分析，確保產(chǎn)品質(zhì)量和精度要求;同時(shí)通過每道工序?qū)α慵�二維碼的掃描和設(shè)備加工參數(shù)的集成，實(shí)現(xiàn)自動采集數(shù)據(jù)、儲存數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，不僅使生產(chǎn)情況及時(shí)傳送給管理者，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了汽車行業(yè)對零部件可追溯性的要求。

4、總結(jié)

      目前國內(nèi)鋁合金壓鑄件的后處理普遍采用按照功能分區(qū)的方式組織生產(chǎn)，使用產(chǎn)品專線生產(chǎn)的仍很少。

      專線生產(chǎn)的前提是單一產(chǎn)品產(chǎn)量大，優(yōu)勢是自動化程度高、人工需求少(不含鑄造、涂裝工序，每班只需8名操作工)、生產(chǎn)效率高(產(chǎn)品節(jié)拍90秒/件)、質(zhì)量穩(wěn)定，缺點(diǎn)是投資大、柔性較差、對組織生產(chǎn)、設(shè)備管理要求較高。

      由于歐洲汽車產(chǎn)業(yè)人工成本較高(普通操作工的雇主成本已超過4.5萬歐元/每年)并且逐年上升，為了降低人工成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量，歐洲鑄造及后處理企業(yè)越來越向著專線自動化、信息化的方向發(fā)展。高度自動化使歐洲制造型企業(yè)最大程度的減少對勞工的依賴，得以在激烈的全球市場競爭中生存。

      汽車鋁合金壓鑄件的加工流程繁多，這增加了生產(chǎn)管理的難度。為了實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、產(chǎn)量目標(biāo)和生產(chǎn)效率的不斷提高，不僅需要現(xiàn)代化的設(shè)備，更需要優(yōu)秀的技術(shù)和管理人才、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、以及科學(xué)的現(xiàn)代管理方法。希望本文能為國內(nèi)類似加工企業(yè)提供一些有用的參考和借鑒。

本文作者：中國汽車工業(yè)工程有限公司 劉楠楠