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自動化技術在汽車塑料件生產中的應用研究
  瀏覽次數:8593  發布時間:2020年01月06日 11:08:55
[導讀] 當今社會,人們的出行和工農業產品的流通更加頻繁,汽車作為交通運輸工具達到了前所未有的發展高度,傳統的汽車普遍采用鋼鐵材料,不僅造價高,而且車身重,生產成本和能源消耗大; 隨著塑料工業的發展,“以塑代鋼”已經成為當代汽車生產和制造的主導思想,進而推動了汽車塑料件生產的快速發展。
 王 風
( 廣東省技師學院質量技術系,廣東 惠州 516100)

摘要: 介紹了汽車塑料件的生產現狀、工業自動化技術的發展狀況以及自動化技術在汽車料件生產中的應用狀況,并簡要論述了自動化技術對汽車塑料件生產過程的積極促進意義。 
關鍵詞: 自動化技術; 汽車塑料件; 成型; 生產; 應用

當今社會,人們的出行和工農業產品的流通更加頻繁,汽車作為交通運輸工具達到了前所未有的發展高度,傳統的汽車普遍采用鋼鐵材料,不僅造價高,而且車身重,生產成本和能源消耗大; 隨著塑料工業的發展,“以塑代鋼”已經成為當代汽車生產和制造的主導思想,進而推動了汽車塑料件生產的快速發展。根據汽車塑料件的結構、尺寸等特點,汽車塑料件的生產涉及原材料選擇、成型方法的確定、涂裝、后處理、裝配等多個工藝過程,傳統的汽車塑料件生產過程依賴工人的工作經驗,難以實現自動化生產,因此生產效率較低[1]。

20 世紀中期出現的工業生產自動化技術是一種集計算機技術、自動控制理論、數字算法等為
一體的現代化工業生產控制技術,能夠以機器取代人工,大大降低了工人的勞動強度,并提高了生產效率和產品的合格率。將自動化技術應用于汽車塑料件生產中,具有十分積極的經濟意義,因此也是國內外大中型汽車零配件制造企業首選的生產技術之一,本文主要圍繞自動化技術在汽車塑料件生產中的應用展開論述。

1 汽車塑料件的生產現狀 
對于汽車而言,車身塑料化是主流的發展方向,汽車塑料件主要包括汽車保險杠外殼、底盤蓋板、進氣柵格、車燈燈罩、翼子板等汽車外覆蓋件,以及儀表盤、座椅填充物、座墊、腳墊、方向盤套等汽車內飾件,它們均是以塑料為原材料,經過不同的生產工藝加工而成的塑料制品。表 1 給出了幾種不同部位汽車塑料件的原材料類型及采用的成型方法[2]。


由表 1 可知,注塑成型是汽車塑料件最常用的成型工藝,汽車塑料件的結構往往較為復雜,對其機械強度尤其是沖擊強度的要求較高,汽車塑料件生產商在完全掌握產品的結構和功能之后,才能確定合適的生產工藝,選擇合理的工藝參數和控制方法,最終生產出高質量的汽車塑料件產品,典型的汽車塑料件生產工藝流程如圖 1 所示。


2 工業自動化技術的發展概述 
工業自動化技術利用了控制理論、計算機和信息技術手段,可實現對工業生產全過程的檢測、控制和優化,以達到高產量、高合格率、高安全性的生產目的; 工業自動化技術以提高生產效率、獲得更高的經濟效益為最終目標,能夠幫助企業更好地規劃生產過程、提升企業的生產管理水平。工業自動化技術最早起源于 20 世紀 40 年代,隨后經歷了兩次較大的革新,直到進入 21 世紀,自動化技術達到了較高的水平,指導企業的工業生產過程。表 2 給出了工業自動化技術的發展歷程[3]。


在當今工業生產企業中,普遍采用的是現場總線控制技術,與生產車間的智能設備相結合,可實現生產管理的一體化。而工業自動化技術的發展,也需要其他技術的共同發展,例如 PLC 控制技術、監控技術、同步控制技術等,單一的自動化技術無法全面控 制生產全流程,與 PLC 控制技術、局域網、智能儀表等結合,可以實現工業生產過程的管控一體化; 與監控技術、同步控制技術等結合,可以實時掌握生產流程,進一步提高工業生產系統的穩定性和精度。

3 汽車塑料件生產中自動化技術的應用 
結合圖 1 可看出,汽車塑料件的主要成型工藝有注塑成型、模壓成型、熱壓成型等,不同的成型工藝 對成型設備、成型控制技術水平等的要求也不盡相同,采用自動化技術有助于生產加工企業提高生產效率,并得到更多高附加值產品,提高企業的生產效益。

3. 1 PLC 控制技術 
PLC 控制技術具有邏輯控制、數據處理和輸送等功能,PLC 控制系統由中央處理單元、輸入/輸出單元、功能模塊、連接設備等組成,PLC 控制系統在工作時可對生產過程進行循環掃描,首先需要進行模擬調試,在調試通過后才能運用到實際生產系統中。

汽車塑料件的成型是汽車塑料件生產的各個環節中最重要的步驟,尤其對于汽車內飾件的成型過程,當前的大部分企業還是利用需要人工操作的成型機,不同生產線的產品質量差異較大,且生產記錄不夠完善,生產效率低。利用 PLC 控制技術,結合現場總線控制技術、監控技術等,對傳統的汽車內飾件生產線進行工業自動化設計,可以實現系統自動報警、故障顯示和自動診斷,同步監控技術可保證系統的穩定性,提高精度等[4]。

在汽車塑料件生產流程中,后處理過程最終的生產環節是噴涂,使其具有不同的顏色,這也是人們對個性的追求,而對汽車塑料件進行噴涂需要進行專業的設計和精準的生產控制技術,傳統的噴涂車間在設備利用、人工分配等方面,無法做到完全的自動化控制,采用自動化控制技術結合 PLC 技術對傳統生產工藝進行改進,能夠實現生產過程的自動化控制。例如,應PODIBUS-DP 現場總線控制技術,首先搭建設備層網絡,并用 PLC 的以太網通信模塊形成監控網絡,可將不同設備層系統聯系在一起; 在硬件選擇方面,確定好輸送鏈系統處理器、過程控制系統控制器、廢棄和廢水處理系統控制器等,軟硬件的結合,加上合適的編程,將龐雜的系統劃分為可控的小系統,提高了系統的可控性; 不僅解決了噴涂車間不同工序的信息聯絡問題,還有效提高了對噴涂車間的遠程控制技術,保證了數據的安全性,也降低了企業的生產成本,對汽車塑料件生產制造企業具有積極的 參考意義[5]。

3. 2 計算機輔助技術 
利用計算機技術輔助完成工業生產的過程,在當代汽車塑料件生產企業中具有普遍的應用。

計算機輔助技術包括 CAD ( 計算機輔助設計) 、CAE ( 計算機輔助工程) 、CAM ( 計算機輔助制造) 、CAQ ( 計算機輔助質量控制) 等。在實際生產中,可選用一種或同時采用多種計算機輔助技術,以提高汽車塑料件的自動化生產水平。CAD 技術是指運用各種 CAD 計算機軟件提前設計好汽車塑料件的結構,并結合塑料件的質量、尺寸和性能要求,對其結構進行優化,例如改變倒角尺寸和角度、增設加強筋等,利用汽車塑料件的結構和尺寸設計好成型模具的結構和尺寸。隨后,將 CAD 軟件設計好的成型模具圖紙導入 CAE 軟件中,進行網格結構劃分、分型面設計、成型工藝參數的設計和優化等。Moldflow 軟件是最常用的 CAE 軟件,可以模 擬成型工藝的全過程,Moldflow 軟件具有龐大的數據庫,可以根據設計人員提供的產品參數自動選擇原材料、模具澆口位置、冷卻和澆注系統、熱流道和冷流道的分布設計、型腔的數目和結構確定、開模頂出機構的設計等,并將汽車塑料件的成型過程完全直觀地展示在計算機頁面上,預測產品缺陷,并自動查找缺陷產生的原因,通過多次模擬分析,可將錯誤降到最低,最終得到最優的成型工藝。由 CAD 和 CAE 共同確定的產品設計和成型工藝流程及參數等可利用CAM 技術展示出來,將 CAM 軟件與數控機床結合,控制數控機床刀具的運行路線,能夠得到更精確、更穩定的汽車塑料件產品。CAQ 能夠對加工得到的汽車塑料件進行質量監控,解決汽車塑料件質量不合格的問題,并及時進行修飾處理,提高最終產品的合 格率[6]。不同的計算機軟件之間可以實現數據的互相傳輸,大大降低了傳統汽車塑料件生產過程中的計算工作量,解放了人力; 只需要操作計算機鍵盤或某些按鈕即能夠控制生產的全過程,且控制精度更高。

3. 3 工業機器人技術 
工業機器人技術是采用機器代替人力的生產技術,在汽車塑料件的自動化生產加工中,機器人起著至關重要的作用,只需要對它進行一定的編程,就可以高效率地完成人工難以進行的工作。工業機器人技術在汽車塑料件生產加工領域中,主要經歷了三個階段: 第一階段,初級應用階段。這時期主要是氣動機器人,對汽車塑料件制品進行簡單的包裝、拆卸等工作。第二階段,快速發展階段。由氣動機器人發展為伺服機器人,可進行人工編程操作控制,能夠執行更多的工作任務,工作速率明顯提高,提高了塑料件制品的生產效率。第三階段,未來階段。這一階段目前只存在于國外一些先進的汽車塑料件制造企業中,這類機器人可以通過自動化控制單元進行零部件的裝 

配、尺寸測量、噴涂等較為復雜的工作,且完成工作的精度更高。圖 2 給出了一種汽車塑料件生產用機器人的工作圖片,可以看出,工作現場不需要人工參與,機器人即可自動進行工業生產[7-8]。


上述內容給出了汽車塑料件生產中的自動化技術理論,實際的汽車塑料件生產加工流程中利用理論知識做指導,往往將多種自動化技術結合應用,對生產的過程進行重新規劃或改進,獲得了較好的效果。例如,在包裝生產線設計中,傳統的人工包裝流程中取料、捆扎、封箱、碼垛等所有的過程均需要人工操作,改進后的自動化包裝生產線,運用自動化控制技術,設計了自動上料機構和碼垛系統,使整個包裝生產過程都可以采用工業機器人進行操作,能夠快速且精準地完成汽車塑料件的包裝過程。汽車塑料外飾件的自動涂裝生產線,包括水洗、噴涂、烘干、空氣供應、輸送系統、廢水處理及消防系統等,能夠利用機器人進行自動涂裝操作,技術人員只需要提前設計好生產工藝參數,并實時監控操作過程,就可快速輕松地完成涂裝的生產過程,獲得高效率、高精度的涂裝塑料件產品[9-10]。

4 結論 
汽車車身塑料化是汽車行業發展的必然方向,汽車塑料件的生產技術水平也直接決定著汽車行業技術水平的高低,傳統的汽車塑料件過度依賴人工,因此生產過程效率低,且得到的汽車塑料件產品合格率低,采用工業自動化技術可以從根本上改善這種狀況,獲得質量更優的汽車塑料件產品。工業自動化技術自首次開發至今已經歷了大半個世紀,經過了幾個不同的發展階段,在汽車塑料件加工企業中也有著廣泛的應用。自動化技術主要體現在 PLC 控制技術、計算機輔助技術、工業機器人技術等方面,運用這些理論知識,結合企業生產實際,改進得到的汽車塑料件自動包裝生產線和涂裝生產線,能夠高效率、高精度地完成汽車塑料件的生產工藝。科技的進步也在推動著自動化技術的不斷發展,自動化技術在汽車塑料件生產領域的應用也在不斷深入,未來的汽車塑料件生產必將更加節省人力,自動化程度和生產效率也必然更高。


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