黃海玲 嚴(yán)學(xué)峰 黃瑞建 王曉麗 高君 王學(xué)雙

（一汽解放汽車有限公司，長春 130011）

1 前言

載貨汽車車架大梁鋼為熱軋鋼板。熱軋鋼板在生產(chǎn)過程中，經(jīng)終軋及層流冷卻后，板材表面會生成氧化鐵皮[1]。氧化鐵皮對生產(chǎn)設(shè)備、現(xiàn)場環(huán)境以及操作人員的健康產(chǎn)生很大的影響，同時影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。針對上述問題，行業(yè)內(nèi)嘗試開發(fā)1 種新的表面處理方式，以解決氧化皮脫落問題。其中EPS 免酸洗綠色清潔表面處理技術(shù)就是一種先進(jìn)、成熟并已經(jīng)正式生產(chǎn)應(yīng)用的技術(shù)。EPS 處理技術(shù)可免去酸洗、拋丸等預(yù)處理工序，處理后表面質(zhì)量優(yōu)于酸洗板，表面粗糙度更均勻，更適合涂漆工藝?？蓪?shí)現(xiàn)酸洗工藝無法實(shí)現(xiàn)的鋼板單面表面處理，滿足環(huán)保要求。

2 現(xiàn)生產(chǎn)存在的問題

我公司載貨汽車車架縱梁、橫梁、加強(qiáng)板、連接板等受力較大的結(jié)構(gòu)件使用的是1 種經(jīng)過特殊工藝處理的熱軋鋼板，鋼板結(jié)構(gòu)更加致密不易脫落，稱為黑皮鋼。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于成型過程存在摩擦，仍有部分氧化皮脫落，對生產(chǎn)造成諸多問題，影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

縱梁用黑皮鋼在輥壓生產(chǎn)過程中發(fā)生表面氧化皮脫落現(xiàn)象，產(chǎn)生如下問題：

a.脫落的氧化皮附著在設(shè)備和工裝表面，影響其正常運(yùn)行；

b.脫落的氧化皮粘附在數(shù)控設(shè)備滾輪、模具、軌道表面，使之發(fā)生異常磨損，尤其對導(dǎo)軌和絲杠影響嚴(yán)重；

c.脫落的氧化皮粘附在傳感器上，使檢測開關(guān)失靈；

d.脫落的氧化皮鉆入模具安裝配合部分，使數(shù)控打孔設(shè)備因沖頭無法伸縮出現(xiàn)異常停機(jī)；

e.脫落的氧化皮堵塞設(shè)備潤滑油管口，影響設(shè)備潤滑。

黑皮鋼在輥壓和沖壓成型后，需經(jīng)拋丸處理進(jìn)入裝配、涂裝工序。干式拋丸存在如下問題：

a.表面粗糙度大；

b.除磷率低，除磷效率低；

c.產(chǎn)生大量粉塵難以從磨料中徹底分離，易粘附在工件上，影響表面質(zhì)量；

d.產(chǎn)生較多粉塵與可燃物懸浮于空氣中，對周圍環(huán)境及消防要求較高；

e.產(chǎn)生粉塵對作業(yè)人員健康有所損害。

3 EPS簡介

EPS 是由美國公司發(fā)起的一種新技術(shù)，基本原理是工作介質(zhì)即硬鋼砂和水的混合物對鋼板上下表面進(jìn)行噴射處理，在打擊力的作用下去除鋼板表面的氧化鐵皮，使鋼板成為光滑、清潔的表面。EPS 可免去酸洗、拋丸等預(yù)處理工序，實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)。EPS 生產(chǎn)過程如圖1 所示。

圖1 EPS生產(chǎn)過程

3.1 EPS表面處理技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

a.經(jīng)過EPS 處理，可以得到均勻干凈的鋼板表面，表面質(zhì)量更好，如圖2 所示；

圖2 EPS鋼與黑皮鋼大梁實(shí)物對比

b.EPS 的水鐵混合可以完全做到無塵；

c.相對干式拋丸，EPS 可以使客戶省去零件的拋丸設(shè)備和拋丸工藝，大大降低客戶的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

3.2 EPS表面防銹等級

按照標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過拋丸或者噴砂的鋼板表面存在4 個等級，分別為Sa1、Sa2、Sa2.5、Sa3。每個等級評判標(biāo)準(zhǔn)見表1。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀以及EPS 生產(chǎn)工藝，本次技術(shù)條件選用Sa2.5 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行供貨。

表1 防銹等級以及評判標(biāo)準(zhǔn)

3.3 EPS市場資源調(diào)研情況

目前批量投產(chǎn)應(yīng)用的EPS 生產(chǎn)線主要有太鋼EPS 和鞍鋼金固EPS 等少數(shù)幾家。隨著環(huán)境友好、綠色制造、環(huán)保新工藝新技術(shù)的發(fā)展，更高水準(zhǔn)的表面質(zhì)量已成為市場對鋼卷的新要求，經(jīng)EPS 技術(shù)處理過的產(chǎn)品市場潛力和發(fā)展前景更為廣闊，更具市場競爭力。2019 年以來，國內(nèi)大型鋼廠紛紛開始投建EPS 生產(chǎn)線，目前鞍鋼、首鋼、馬鋼等大型鋼廠均已具備EPS 供貨能力，EPS 資源充足。

3.4 成本對比分析

載貨汽車車架采用黑皮鋼生產(chǎn)需要通過拋丸工藝去除氧化皮，根據(jù)財(cái)務(wù)部門對2019 年生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，拋丸處理成本約150元/t。EPS處理去除氧化皮，可取消拋丸工藝，通過與EPS 設(shè)備廠商交流，EPS 處理成本約50 元/t。成本對比數(shù)據(jù)見表2。目前各大鋼廠EPS 線為新建生產(chǎn)線，廠房、設(shè)備投入資金成本較高，實(shí)際EPS 鋼價格跟商務(wù)談判及供需求有關(guān)，價格波動較大，技術(shù)層面可開發(fā)多家EPS資源，從而形成價格競爭優(yōu)勢，降低采購成本。

表2 EPS與拋丸處理成本對比

4 EPS鋼切換應(yīng)用驗(yàn)證

為了確保EPS 鋼順利切換應(yīng)用，批量切換應(yīng)用前需對EPS 鋼進(jìn)行充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，提前識別風(fēng)險，解決切換過程出現(xiàn)的問題。驗(yàn)證過程主要包括材料基本性能驗(yàn)證和生產(chǎn)現(xiàn)場工藝驗(yàn)證。

4.1 材料基本性能驗(yàn)證

對常用大梁鋼牌號500L-EPS 鋼板的元素含量和力學(xué)性能進(jìn)行檢驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果滿足車架用大梁鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檢測數(shù)值如表3 所示。

表3 500L-EPS鋼板元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

力學(xué)性能的檢測數(shù)值如表4 所示。

表4 500L-EPS鋼板力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

4.2 生產(chǎn)工藝驗(yàn)證

通過材料基本性能驗(yàn)證，EPS 大梁鋼滿足現(xiàn)生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)圖紙針對500L-EPS 的性能要求，可以進(jìn)行生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，根據(jù)技術(shù)要求組織試驗(yàn)料進(jìn)行生產(chǎn)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)。

4.2.1 開卷剪切驗(yàn)證

本次EPS 鋼剪切驗(yàn)證與黑皮鋼混線生產(chǎn)，黑皮鋼掉落的氧化皮極易粘附到EPS 鋼板上，造成板料缺陷。因此試驗(yàn)前，需首先用高壓清洗機(jī)對剪切設(shè)備進(jìn)行清理，但在驗(yàn)證過程中仍有少量粘附，因此EPS 鋼切換應(yīng)用應(yīng)盡量避免混線生產(chǎn)。另由于EPS 鋼板表面涂油，鋼板在剪切加工過程中極易竄動，造成劃傷，因此EPS 切換應(yīng)用需對剪切設(shè)備進(jìn)行改造，主要改造內(nèi)容如下：

a.縱剪線重卷機(jī)壓料裝置改造，控制重卷機(jī)速度，確保鋼卷張力大小與鋼卷的張緊程度相匹配，避免由于張力過小造成松卷挫傷板料表面[2]；

b.大橫切線開卷機(jī)驅(qū)動改造，增加雙側(cè)開卷機(jī)制動反張力裝置，并對碼垛機(jī)輥系結(jié)構(gòu)改造，增加尼龍保護(hù)套，避免松卷造成劃傷；

c.對小橫切開卷線進(jìn)行改造，增加發(fā)張力控制裝置，剪切線增加防護(hù)裝置，避免劃傷。

本次試驗(yàn)分別對改造后縱剪、大橫切、小橫切生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)工藝驗(yàn)證。驗(yàn)證滿足生產(chǎn)工藝要求，剪切板料符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，可實(shí)現(xiàn)EPS 鋼連續(xù)穩(wěn)定剪切生產(chǎn)，過程如圖3 所示。

圖3 剪切過程驗(yàn)證

4.2.2 沖壓工藝驗(yàn)證

沖壓過程中模具與鋼板摩擦容易產(chǎn)生拉毛及劃傷等問題，如圖4 所示。采用黑皮鋼生產(chǎn)時，沖壓完成后零件需經(jīng)過拋丸處理后進(jìn)入下一工序，拋丸可以清除輕微的拉毛以及劃傷。采用EPS 鋼板后，由于取消拋丸工藝，對零件表面質(zhì)量要求較高，因此對沖壓過程要求更高，模具表面需要進(jìn)行特殊處理以減小摩擦。目前EPS 鋼生產(chǎn)用模具表面處理方法主要有CB-2H 銅合金處理，由于CB-2H 銅合金處理后模具較軟容易磨損，需要定期對模具進(jìn)行修復(fù)。本次試驗(yàn)采用模具鑲塊TD（熱擴(kuò)散法碳化物覆層）處理技術(shù)，TD 處理后鑲塊較硬，模具不易損壞，模具壽命可以從2×104次提高到10×104次。TD 處理模具可以有效降低摩擦系數(shù)，抗咬合性能大幅度提高，可以很好解決EPS 鋼對表面質(zhì)量要求高問題，TD 效果如圖5 所示。

圖4 拉毛

圖5 TD鑲塊

圖6 為本次沖壓工藝驗(yàn)證的橫梁零件，試驗(yàn)表明沖壓后EPS 鋼板產(chǎn)品表面質(zhì)量、尺寸精度均滿足工藝要求。經(jīng)過小批量驗(yàn)證，EPS 鋼板生產(chǎn)穩(wěn)定性良好，使用TD 模具成型后，表面質(zhì)量符合生產(chǎn)質(zhì)量要求。

圖6 EPS鋼板-橫梁沖壓

4.2.3 輥壓工藝驗(yàn)證

圖7 為EPS 鋼板輥壓縱梁生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，EPS鋼板在輥壓成型、鉆孔、折彎、等離子切割等工序均符合生產(chǎn)工藝要求。對成型后縱梁進(jìn)行檢測，縱梁輪廓尺寸及孔徑、孔位均滿足尺寸精度要求，小批量生產(chǎn)穩(wěn)定。

圖7 EPS鋼板-輥壓縱梁

輥壓成型后，縱梁需進(jìn)行等離子切割獲得零件形狀，在等離子切割試驗(yàn)過程中，由于切割高溫，鋼板基體及油品熔化擴(kuò)散，在縱梁切割斷面附著少量熔渣，并在切割斷面附近有切割煙塵附著，尤其在翼面切割時，切割煙塵較多。黑皮鋼輥壓縱梁在等離子切割工序也會產(chǎn)生熔渣和煙塵，但由于后續(xù)有拋丸工序，熔渣及煙塵可以通過拋丸處理掉。采用EPS 鋼板輥壓成型后，等離子切割煙塵附著在縱梁表面，對表面質(zhì)量造成影響，對后續(xù)涂裝通過性存在影響，切割煙塵如圖8 所示。

針對等離子切割煙塵問題，采取如下解決方案：

a.增加擋板，減少煙塵附著；

b.采用人工清擦或增加自動清擦裝置，清除煙塵；

c.鋼板油品調(diào)整，油品需滿足抑制EPS 鋼板高溫還原氧化變色、附著煙塵易于清除的要求；

d.涂裝前處理工序增加熱水洗工藝，去除雜質(zhì)、油污及煙塵。

4.2.4 試裝車驗(yàn)證

試裝車驗(yàn)證主要是在裝車過程中對裝配和涂裝生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證裝車過程中EPS鋼板與生產(chǎn)過程相關(guān)因素配套性及產(chǎn)品質(zhì)量是否滿足生產(chǎn)工藝要求。

圖8 EPS鋼板-等離子切割

車架裝配工藝主要包括螺栓連接和鉚接工藝。本次試驗(yàn)主要對EPS 橫梁、EPS 縱梁在車架總成上的裝配工藝性及車架總成合格率進(jìn)行驗(yàn)證。對EPS 縱梁、橫梁進(jìn)行鉚接質(zhì)量和螺栓連接可靠性及扭緊力矩進(jìn)行驗(yàn)證，并通過三坐標(biāo)對車架總成進(jìn)行精度檢測。通過驗(yàn)證EPS 鋼板可以滿足裝配生產(chǎn)工藝要求，如圖9 所示。

圖9 EPS鋼板-裝配驗(yàn)證

本次試驗(yàn)主要對EPS 縱梁、EPS 橫梁裝配總成在涂裝工序進(jìn)行工藝驗(yàn)證，并對漆后車架總成外觀質(zhì)量、漆膜厚度和附著力等常規(guī)性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測。圖10 為經(jīng)過EPS 處理后經(jīng)涂裝線磷化后的SEM（掃描電子顯微鏡）照片，從圖片中可以看到，磷化效果致密，磷化層滿足使用要求。圖11 為經(jīng)過涂裝生產(chǎn)線的大梁鋼板，經(jīng)過漆膜、附著力等性能檢測，EPS 鋼板符合涂裝生產(chǎn)工藝驗(yàn)證要求，涂裝質(zhì)量合格。

圖10 EPS磷化后SEM照片

圖11 EPS鋼板-涂裝驗(yàn)證

5 總結(jié)

通過對EPS 鋼板材料性能驗(yàn)證和剪切、沖壓、涂裝、裝配等相關(guān)生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明EPS 鋼板可以替代現(xiàn)有熱軋鋼板加拋丸工藝，在車架梁類零件上進(jìn)行應(yīng)用。隨著生產(chǎn)高效、綠色制造、環(huán)保新技術(shù)的發(fā)展，更加高質(zhì)量的鋼板表面已成為市場對鋼卷的新要求。目前EPS 資源充足，EPS 鋼板已具備量產(chǎn)切換條件，可以在商用載貨汽車車架上推廣應(yīng)用。

后續(xù)應(yīng)用過程中，由于EPS 鋼板極易產(chǎn)生劃傷，且已取消了拋丸工序，表面劃傷問題直接影響車架質(zhì)量，因此對生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)冗^程要求較高，需要增強(qiáng)防護(hù)。對于EPS 鋼板的防銹周期問題，目前EPS 鋼板可實(shí)現(xiàn)拆包裝后2 個月內(nèi)不產(chǎn)生銹蝕，但由于環(huán)境因素及小品種零件較多等，銹蝕問題仍不可避免，造成廢品率升高。因此EPS 鋼板的防銹技術(shù)還有待進(jìn)一步提升。