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自动化技术在汽车塑料件生产中的应用研究
  浏览次数:8549  发布时间:2020年01月06日 11:08:55
[导读] 当今社会,人们的出行和工农业产品的流通更加频繁,汽车作为交通运输工具达到了前所未有的发展高度,传统的汽车普遍采用钢铁材料,不仅造价高,而且车身重,生产成本和能源消耗大; 随着塑料工业的发展,“以塑代钢”已经成为当代汽车生产和制造的主导思想,进而推动了汽车塑料件生产的快速发展。
 王 风
( 广东省技师学院质量技术系,广东 惠州 516100)

摘要: 介绍了汽车塑料件的生产现状、工业自动化技术的发展状况以及自动化技术在汽车料件生产中的应用状况,并简要论述了自动化技术对汽车塑料件生产过程的积极促进意义。 
关键词: 自动化技术; 汽车塑料件; 成型; 生产; 应用

当今社会,人们的出行和工农业产品的流通更加频繁,汽车作为交通运输工具达到了前所未有的发展高度,传统的汽车普遍采用钢铁材料,不仅造价高,而且车身重,生产成本和能源消耗大; 随着塑料工业的发展,“以塑代钢”已经成为当代汽车生产和制造的主导思想,进而推动了汽车塑料件生产的快速发展。根据汽车塑料件的结构、尺寸等特点,汽车塑料件的生产涉及原材料选择、成型方法的确定、涂装、后处理、装配等多个工艺过程,传统的汽车塑料件生产过程依赖工人的工作经验,难以实现自动化生产,因此生产效率较低[1]。

20 世纪中期出现的工业生产自动化技术是一种集计算机技术、自动控制理论、数字算法等为
一体的现代化工业生产控制技术,能够以机器取代人工,大大降低了工人的劳动强度,并提高了生产效率和产品的合格率。将自动化技术应用于汽车塑料件生产中,具有十分积极的经济意义,因此也是国内外大中型汽车零配件制造企业首选的生产技术之一,本文主要围绕自动化技术在汽车塑料件生产中的应用展开论述。

1 汽车塑料件的生产现状 
对于汽车而言,车身塑料化是主流的发展方向,汽车塑料件主要包括汽车保险杠外壳、底盘盖板、进气栅格、车灯灯罩、翼子板等汽车外覆盖件,以及仪表盘、座椅填充物、座垫、脚垫、方向盘套等汽车内饰件,它们均是以塑料为原材料,经过不同的生产工艺加工而成的塑料制品。表 1 给出了几种不同部位汽车塑料件的原材料类型及采用的成型方法[2]。


由表 1 可知,注塑成型是汽车塑料件最常用的成型工艺,汽车塑料件的结构往往较为复杂,对其机械强度尤其是冲击强度的要求较高,汽车塑料件生产商在完全掌握产品的结构和功能之后,才能确定合适的生产工艺,选择合理的工艺参数和控制方法,最终生产出高质量的汽车塑料件产品,典型的汽车塑料件生产工艺流程如图 1 所示。


2 工业自动化技术的发展概述 
工业自动化技术利用了控制理论、计算机和信息技术手段,可实现对工业生产全过程的检测、控制和优化,以达到高产量、高合格率、高安全性的生产目的; 工业自动化技术以提高生产效率、获得更高的经济效益为最终目标,能够帮助企业更好地规划生产过程、提升企业的生产管理水平。工业自动化技术最早起源于 20 世纪 40 年代,随后经历了两次较大的革新,直到进入 21 世纪,自动化技术达到了较高的水平,指导企业的工业生产过程。表 2 给出了工业自动化技术的发展历程[3]。


在当今工业生产企业中,普遍采用的是现场总线控制技术,与生产车间的智能设备相结合,可实现生产管理的一体化。而工业自动化技术的发展,也需要其他技术的共同发展,例如 PLC 控制技术、监控技术、同步控制技术等,单一的自动化技术无法全面控 制生产全流程,与 PLC 控制技术、局域网、智能仪表等结合,可以实现工业生产过程的管控一体化; 与监控技术、同步控制技术等结合,可以实时掌握生产流程,进一步提高工业生产系统的稳定性和精度。

3 汽车塑料件生产中自动化技术的应用 
结合图 1 可看出,汽车塑料件的主要成型工艺有注塑成型、模压成型、热压成型等,不同的成型工艺 对成型设备、成型控制技术水平等的要求也不尽相同,采用自动化技术有助于生产加工企业提高生产效率,并得到更多高附加值产品,提高企业的生产效益。

3. 1 PLC 控制技术 
PLC 控制技术具有逻辑控制、数据处理和输送等功能,PLC 控制系统由中央处理单元、输入/输出单元、功能模块、连接设备等组成,PLC 控制系统在工作时可对生产过程进行循环扫描,首先需要进行模拟调试,在调试通过后才能运用到实际生产系统中。

汽车塑料件的成型是汽车塑料件生产的各个环节中最重要的步骤,尤其对于汽车内饰件的成型过程,当前的大部分企业还是利用需要人工操作的成型机,不同生产线的产品质量差异较大,且生产记录不够完善,生产效率低。利用 PLC 控制技术,结合现场总线控制技术、监控技术等,对传统的汽车内饰件生产线进行工业自动化设计,可以实现系统自动报警、故障显示和自动诊断,同步监控技术可保证系统的稳定性,提高精度等[4]。

在汽车塑料件生产流程中,后处理过程最终的生产环节是喷涂,使其具有不同的颜色,这也是人们对个性的追求,而对汽车塑料件进行喷涂需要进行专业的设计和精准的生产控制技术,传统的喷涂车间在设备利用、人工分配等方面,无法做到完全的自动化控制,采用自动化控制技术结合 PLC 技术对传统生产工艺进行改进,能够实现生产过程的自动化控制。例如,应PODIBUS-DP 现场总线控制技术,首先搭建设备层网络,并用 PLC 的以太网通信模块形成监控网络,可将不同设备层系统联系在一起; 在硬件选择方面,确定好输送链系统处理器、过程控制系统控制器、废弃和废水处理系统控制器等,软硬件的结合,加上合适的编程,将庞杂的系统划分为可控的小系统,提高了系统的可控性; 不仅解决了喷涂车间不同工序的信息联络问题,还有效提高了对喷涂车间的远程控制技术,保证了数据的安全性,也降低了企业的生产成本,对汽车塑料件生产制造企业具有积极的 参考意义[5]。

3. 2 计算机辅助技术 
利用计算机技术辅助完成工业生产的过程,在当代汽车塑料件生产企业中具有普遍的应用。

计算机辅助技术包括 CAD ( 计算机辅助设计) 、CAE ( 计算机辅助工程) 、CAM ( 计算机辅助制造) 、CAQ ( 计算机辅助质量控制) 等。在实际生产中,可选用一种或同时采用多种计算机辅助技术,以提高汽车塑料件的自动化生产水平。CAD 技术是指运用各种 CAD 计算机软件提前设计好汽车塑料件的结构,并结合塑料件的质量、尺寸和性能要求,对其结构进行优化,例如改变倒角尺寸和角度、增设加强筋等,利用汽车塑料件的结构和尺寸设计好成型模具的结构和尺寸。随后,将 CAD 软件设计好的成型模具图纸导入 CAE 软件中,进行网格结构划分、分型面设计、成型工艺参数的设计和优化等。Moldflow 软件是最常用的 CAE 软件,可以模 拟成型工艺的全过程,Moldflow 软件具有庞大的数据库,可以根据设计人员提供的产品参数自动选择原材料、模具浇口位置、冷却和浇注系统、热流道和冷流道的分布设计、型腔的数目和结构确定、开模顶出机构的设计等,并将汽车塑料件的成型过程完全直观地展示在计算机页面上,预测产品缺陷,并自动查找缺陷产生的原因,通过多次模拟分析,可将错误降到最低,最终得到最优的成型工艺。由 CAD 和 CAE 共同确定的产品设计和成型工艺流程及参数等可利用CAM 技术展示出来,将 CAM 软件与数控机床结合,控制数控机床刀具的运行路线,能够得到更精确、更稳定的汽车塑料件产品。CAQ 能够对加工得到的汽车塑料件进行质量监控,解决汽车塑料件质量不合格的问题,并及时进行修饰处理,提高最终产品的合 格率[6]。不同的计算机软件之间可以实现数据的互相传输,大大降低了传统汽车塑料件生产过程中的计算工作量,解放了人力; 只需要操作计算机键盘或某些按钮即能够控制生产的全过程,且控制精度更高。

3. 3 工业机器人技术 
工业机器人技术是采用机器代替人力的生产技术,在汽车塑料件的自动化生产加工中,机器人起着至关重要的作用,只需要对它进行一定的编程,就可以高效率地完成人工难以进行的工作。工业机器人技术在汽车塑料件生产加工领域中,主要经历了三个阶段: 第一阶段,初级应用阶段。这时期主要是气动机器人,对汽车塑料件制品进行简单的包装、拆卸等工作。第二阶段,快速发展阶段。由气动机器人发展为伺服机器人,可进行人工编程操作控制,能够执行更多的工作任务,工作速率明显提高,提高了塑料件制品的生产效率。第三阶段,未来阶段。这一阶段目前只存在于国外一些先进的汽车塑料件制造企业中,这类机器人可以通过自动化控制单元进行零部件的装 

配、尺寸测量、喷涂等较为复杂的工作,且完成工作的精度更高。图 2 给出了一种汽车塑料件生产用机器人的工作图片,可以看出,工作现场不需要人工参与,机器人即可自动进行工业生产[7-8]。


上述内容给出了汽车塑料件生产中的自动化技术理论,实际的汽车塑料件生产加工流程中利用理论知识做指导,往往将多种自动化技术结合应用,对生产的过程进行重新规划或改进,获得了较好的效果。例如,在包装生产线设计中,传统的人工包装流程中取料、捆扎、封箱、码垛等所有的过程均需要人工操作,改进后的自动化包装生产线,运用自动化控制技术,设计了自动上料机构和码垛系统,使整个包装生产过程都可以采用工业机器人进行操作,能够快速且精准地完成汽车塑料件的包装过程。汽车塑料外饰件的自动涂装生产线,包括水洗、喷涂、烘干、空气供应、输送系统、废水处理及消防系统等,能够利用机器人进行自动涂装操作,技术人员只需要提前设计好生产工艺参数,并实时监控操作过程,就可快速轻松地完成涂装的生产过程,获得高效率、高精度的涂装塑料件产品[9-10]。

4 结论 
汽车车身塑料化是汽车行业发展的必然方向,汽车塑料件的生产技术水平也直接决定着汽车行业技术水平的高低,传统的汽车塑料件过度依赖人工,因此生产过程效率低,且得到的汽车塑料件产品合格率低,采用工业自动化技术可以从根本上改善这种状况,获得质量更优的汽车塑料件产品。工业自动化技术自首次开发至今已经历了大半个世纪,经过了几个不同的发展阶段,在汽车塑料件加工企业中也有着广泛的应用。自动化技术主要体现在 PLC 控制技术、计算机辅助技术、工业机器人技术等方面,运用这些理论知识,结合企业生产实际,改进得到的汽车塑料件自动包装生产线和涂装生产线,能够高效率、高精度地完成汽车塑料件的生产工艺。科技的进步也在推动着自动化技术的不断发展,自动化技术在汽车塑料件生产领域的应用也在不断深入,未来的汽车塑料件生产必将更加节省人力,自动化程度和生产效率也必然更高。


参考文献 
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[3]肖超群. 汽车内饰件成型生产线自动控制系统的研究与 设计 [D]. 长沙: 湘潭大学,2011: 3-8. 
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[8]史历程. 机器人在塑料制造自动化中的技术应用及发展 [J]. 电子测试,2015 ( 5) : 131-134. 
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