汽车板簧应力抛丸强化机和生产线

板簧是汽车上的重要部件，其寿命和可靠性直接影响汽车性能。目前板簧生产工艺中已普遍采用抛丸强化工艺。板簧抛丸强化工艺是利用高速运动的弹丸流对板簧表面强力冲击而使表面产生循环塑性应变层，由此导致金属表层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余压应力场。表层的显微组织和残余压应力场是提高板簧的抗疲劳断裂和应力腐蚀断裂抗力的两个强化因素，可以提高弹簧的可靠性和耐久性。抛丸后的板簧寿命可以提高数倍。

汽车板簧的抛丸强化工艺一般有两种方式 :一是自由抛丸，即板簧在受抛丸的过程中，处于自由状态;二是应力抛丸，即将板簧在抛丸前预先加压，并保持在加压状态下抛丸，抛丸后再将板簧从加压状态释放，使得板簧受抛面得到更大的表面压应力。对于抛丸强化程度要求不高的板簧，通常采用自由抛丸。而近年来，随着对汽车质量要求的提高，许多车型(如高级大客车的少片簧、重载车的变截面簧等 )
对板簧抛丸的表面后压应力提出了更高的要求，自由抛丸已不能满足要求，应力抛丸是一种较为理想的方式。

由于汽车板簧生产效率要求较高，所以对应力抛丸强化工序要求连续生产，因此对应力抛丸强化设备的自动化和可靠性要求比较高。之前国内此类生产线依靠进口，国内抛丸设备生产企业仅可以研制抛丸机部分，不能组成自动生产线。基于此，研发了应力抛丸强化生产线，此项研发填补了国内空白。

1 生产线技术要求

1.1 设计要求

抛丸弧高值 : >I 0 .3 5 C ;

生产线生产率 :180件 /h。

1.2 工艺和电气控制要求

1.2.1 工艺要求

人工或机械将需抛丸强化的工件(板簧 )放到位于返回辊道上料工位的工装上，工装与工件通过加压机上的加压油缸将工件压成弯曲状，拨叉架构将工件固定于工装上。上料横移辊道将工件送到上料辊道上,然后进入抛丸机对板簧进行抛丸强化。
抛丸强化后的工件与工装一起由卸料横移辊道输送到卸料加压机中,在该加压机中将工件与工装分离,人工取出强化完的工件,而空工装则由返回辊道送到上料压机,准备下一个工作循环。

1.2.2控制要求

采用PLC及人机界面组成工业计算机系统。分自动与手动两种控制方式,以自动为主,应力抛丸强化时应为自动。应可模拟显示生产线工作过程,准确及时显示并记录生产线各个部位发生的故障,便于运行监控和检修。板簧下压深度调整由位移传感器控制,控制精度应达到0.5%。为保证工作流畅,应在上料和卸料压力机部位加上手动控制部分,目的是上料和卸料压力机在工作时,如发生小故障可用手动来加以解决,解决后返回自动状态,不至于影响全线的工作状态。

2 生产线的开发

2.1 技术关键及解决方案

为解决重复定位精度，加压机油缸安装有位移传感器，加压过程中，位于板簧两端耳部的两油缸活塞伸缩行程自动精确控制，确保重复定位精度达到 0.01m m 。专用板簧夹具结构设计成可伸缩式，确保满足自动夹紧、松开的要求，并可满足不同规格板簧的夹紧要求 (如图 1)。

程序软件开发采用组态王等软件二次开发，保证计算机自动控制整机运行过程达到适用、可靠、稳定、迅捷的要求。

因生产线结构复杂、运行要求可靠性高，所以设计过程图中采用了三维设计软件进行机构和结构设计，在设计阶段进行模拟装配验证，有效地减少了结构干涉和尺寸设计错误。图 2为用三维设计软件设计的压力机三维装配图。

2.2 生产线结构和运行

2 .2 .1 主要组成

应力抛丸强化生产线主要由抛丸室、前后辅室、主机辊道、上料辊道、卸料辊道、返回辊道、上料压机、卸料压机、上卸料辊道、上卸料横移辊道、抛丸器、弹丸循环系统、液压系统、气动系统、除尘系统、电气控制系统等几部分组成(见图 3及图 4)。

2.2.2 生产线运行概述

2.2.2.1 主机(抛丸强化 )部分主机部分控

制着分离器、提升机、左右螺旋输送器、抛丸器、闸门、上料辊道、卸料辊道、主机辊道、返回辊道等部分。操作台安装有 MP1 人机界面，将工况选择旋钮旋至手动位置，设备处于手动位置。此时主机为调整状态，控制部分由人机界面担当，可以减少按钮数量。

打开人机界面翻至控制界面，按动相应按钮，启动主机相应部位。显示主机相应部位的运行状况。

人机界面在控制系统中主要有三个方面功能 : 1人机界面在主机手动工作时可以进行主机各个系统的手动操作，如提升机、分离器、螺旋输送器、抛丸器、闸门、主机辊道、上卸料辊道、返回辊道 ;2人机界面可以直观地反映设备的各个部位所发生的故障，并显示故障的部位名称，可以在不同的界面用走马灯字幕显示;3人机界面可以在生产线流程图中显示工件到达的具体位置，以便更好地反映设备的运行状况。

当设备手动控制部分全部启动后，将工况选择旋钮旋至自动位置，按动自动按钮，主机可顺序启动。

2.2.2.2 上料压力机部分

上料压力机系统安装有按钮控制盒，分手动和自动两种工作状态。上料压力机所要控制的动作比较多，包括压力机上的安全门升降、主轴升降、两侧轴升降、压力机内辊道升降和运行、上料辊道升降和运行、工件装卸。尤其是工件装卸比较复杂，工件动作沿四方形路线做前进一横移一后退一后退 (起点 )。由于很多信号是起点终点重复使用，信号干扰问题十分突出。在程序设计时进行了特殊处理，克服信号干扰，手动只是在调整及设备故障时应急使用，不能作为正常工作时使用。如果使用手动功能会严重影响工件清理效率。

压力机两侧轴运行距离由位移传感器调整。调整时将设置按到所需调整的传感器上，旋动调整旋钮，将左右轴调至所需位置，锁定旋钮即可。调整精度可达到 0 .5 % 。

2.2.2.3 生产线全自动运行

自动操作时关键是六个T位信号的准确返回，尤以上料压力机工位、卸料辊道工位、卸料压力机工位最为重要。上料压力机工位到位后上料压力机可以工作，并使卸料压力机内辊道不能升起，卸完料的工装不能送。卸料辊道工位到位后卸料安全门降下，卸料辊道停止工作，卸料横移升起，将工件送至卸料压力机T_位。卸料压力机工位到位后卸料压力机工作将一厂件卸下。工件离开卸料压力机工位到达卸料工位，卸料辊道恢复工作。如果卸料辊道工位不能复位，此时主机辊道运行将自动停止，以免工件撞车。待卸料辊道工位复位后主机辊道自动运行。

2.2.2.4 自由抛丸设置

为充分发挥设备的使用性能，该生产线增加了自由抛丸工况，工件不需要上卸料压力机的工作，只需要件通过抛丸机后直接完成工件强化过程

2.2.2.5 系统运行安全设置

该系统上、卸料压力机必须有工件在且安全门关到位后才能工作。上料压力机有工件时，卸料压力机不能将工装送出。卸料辊道工位有工件，卸料压力机也有工件时，卸料安全门不能下降，待卸料压力机工件送出至卸料工位，卸料压力机内辊道降到位后，卸料辊道工位的工件才能送至卸料压力机工位。卸料辊道工位与卸料压力机工位、卸料辊道工位与工件出到位这两组工位组合中有任意一组同时有工件则主机辊道运行停止。

2.2.3 电气控制系统

设备主回路采用 3~380V、50Hz供电，控制回路采用由控制变压器输出的单相 220V 供电。工件清理过程由 PLC 与 MP1组成的计算机系统控制。 PLC 采用了日本欧姆龙公司的 CQM ]H一51，MP1人机界面采用了台湾维伦公司的产品。常规低压电气器件采用了TCL公司生产的系列产品。

控制系统分为上料系统、卸料系统、主机系统三大部分。三部分均可手动与自动控制，并自成系统，互不干涉。这主要是考虑到各个部分自动失灵时系统仍能工作。上料系统与卸料系统各有单独控制箱，主机由操作台控制电气系统主要由上料压力机控制、卸料压力机控制、主机控制、液压系统控制、吹丸风机控制、除尘系统控制等部分组成。考虑到尽可能减少 PLC控制点数，液压、吹丸风机、除尘系统这三部分采用手动控制，但是它们启动后各有回传信号进入 P L C 。上料压力机、卸料压力机、主机控制是应力抛丸清理机的主要部分。

2.3 研制中出现的问题及解决措施

为提高生产率，在横移辊道上各增加了两个工装，但是在横移辊道上同时有三个工装的情况下如何保证位置成为一个难点。如果控制不当或工装撞在一起，或工装不能准确进入下一个位置，就会使全线无法正常工作。经过多次试验后，确定由横移下降信号随机定位，横移辊道上的工装，无须定位控制，因而解决了这一难题。

在调试过程中发现，压力机两侧轴下压到位同时停止后偶尔有爬行现象，这样就会影响板簧反弯位置。通过试验，采取两轴先后运行的方法解决了这一现象。

卸料横移辊道上有三个工装，它的下降信号由卸料压力机上的接近开关控制。在运行过程中，有时工装会发生偏移，三个工装就会撞在一起，无法正常工作。后来在卸料横移辊道上加装工装导向装置，确保工装准确到位。