整車廠沖壓車間的規(guī)劃設(shè)計研究（上）

文/韓明，邢曉威，牛文正·中汽研汽車工業(yè)工程（天津）有限公司

沖壓是整車廠四大工藝中的第一個生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)整車廠的沖壓車間主要負(fù)責(zé)整車的大型外覆蓋件及內(nèi)板件的生產(chǎn)，主要包括A類件和B 類件，例如側(cè)圍內(nèi)外板、門蓋內(nèi)外板、發(fā)動機(jī)艙內(nèi)外板、地板等等。沖壓車間規(guī)劃的功能分區(qū)主要包括了沖壓生產(chǎn)區(qū)、板材存放區(qū)、模具存放區(qū)、模具維修區(qū)、檢具存放區(qū)、端拾器存放區(qū)、輔助房間等。

沖壓車間工藝規(guī)劃要充分考慮到產(chǎn)品類型、自制件種類及數(shù)量、功能分區(qū)需求、設(shè)備選型等多方面因素。沖壓車間的工藝規(guī)劃是否合理不僅直接影響到項(xiàng)目建成投產(chǎn)后的生產(chǎn)效率和項(xiàng)目投資，并且對后期運(yùn)行中的生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量起決定性作用。本文以某整車廠沖壓車間的規(guī)劃設(shè)計為例，總結(jié)了沖壓車間工藝規(guī)劃的思路。

沖壓生產(chǎn)線分類

目前傳統(tǒng)的整車廠沖壓車間的沖壓生產(chǎn)線全部為連線布置，單線壓機(jī)的數(shù)量需結(jié)合沖壓件的成形工藝及模具方案來確定，沖壓件成形工序越少則單線壓機(jī)數(shù)越少，工藝設(shè)備投資越低。在工藝規(guī)劃時選用的沖壓線類型主要有4 大類，具體如下：

⑴手工沖壓線。在國內(nèi)汽車工業(yè)起步階段，整車廠大量采用了手工沖壓線，該類型的沖壓線通常由4 ～6 臺壓機(jī)（油壓機(jī)或者機(jī)械壓力機(jī)）構(gòu)成，壓機(jī)設(shè)置左右移動工作臺（或前后移動工作臺），換模方式為人工換模。各臺油壓機(jī)間的零件傳輸采用人工+皮帶輸送機(jī)輔助的輸送方式，生產(chǎn)線前端及尾端均采用人工上下料。廢料輸送采用廢料框定期轉(zhuǎn)運(yùn)或者廢料線集中外運(yùn)的方式。

⑵機(jī)器人沖壓線。該類型沖壓線通常由4 ～6 臺壓機(jī)（油壓機(jī)或機(jī)械壓力機(jī)）構(gòu)成，壓機(jī)設(shè)置左右移出工作臺，可實(shí)現(xiàn)自動換模、自動更換端拾器，可有效縮短換模及模具調(diào)整時間。生產(chǎn)線前段配置機(jī)器人自動拆垛系統(tǒng)、板料自動清洗系統(tǒng)、板料自動涂油系統(tǒng)、板料自動對中系統(tǒng)，各臺壓機(jī)間的零件傳輸采用6 軸或7 軸機(jī)器人輸送。線尾配置下料機(jī)器人、出料皮帶機(jī)、檢查臺和照明系統(tǒng)，用于沖壓板料的人工輔助檢查，如圖1 所示。

⑶單臂機(jī)械手沖壓線如圖2 所示。該類型沖壓線通常由4 ～5 臺機(jī)械壓力機(jī)構(gòu)成，每臺壓機(jī)設(shè)置左右移出工作臺，可實(shí)現(xiàn)自動換模、自動更換端拾器，可有效縮短換模及模具調(diào)整時間。生產(chǎn)線前段配置機(jī)械手自動拆垛系統(tǒng)、板料自動清洗系統(tǒng)、板料自動涂油系統(tǒng)、板料自動對中系統(tǒng)，各臺壓機(jī)間的零件傳輸采用單臂機(jī)械手輸送。線尾配置下料機(jī)械手、出料皮帶機(jī)、檢查臺和照明系統(tǒng)，用于沖壓板料的人工輔助檢查。單臂機(jī)械手系統(tǒng)通常吊掛在機(jī)械壓力機(jī)上，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)斷續(xù)或連續(xù)運(yùn)行。

圖1 機(jī)器人沖壓線

圖2 單臂機(jī)械手沖壓線

⑷雙臂伺服機(jī)械線如圖3 所示。該類型沖壓線通常由4 ～5 臺機(jī)械壓力機(jī)構(gòu)成，每臺壓機(jī)設(shè)置左右移出工作臺，可實(shí)現(xiàn)自動換模、自動更換端拾器，可有效縮短換模及模具調(diào)整時間。生產(chǎn)線前段配置機(jī)械手自動拆垛系統(tǒng)、板料自動清洗系統(tǒng)、板料自動涂油系統(tǒng)、板料自動對中系統(tǒng)，各臺壓機(jī)間的零件傳輸采用雙臂機(jī)械手輸送。線尾配置下料機(jī)械手、出料皮帶機(jī)、檢查臺和照明系統(tǒng)，用于沖壓板料的人工輔助檢查。雙臂機(jī)械手系統(tǒng)通常安裝在設(shè)備基礎(chǔ)上，相對于單臂機(jī)械手系統(tǒng)速度更快、穩(wěn)定性更高，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。伺服壓機(jī)用伺服電機(jī)代替了傳統(tǒng)機(jī)械壓機(jī)的變頻電機(jī)+飛輪+離合制動器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，傳動結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，降低了電氣系統(tǒng)復(fù)雜性，且配置能量回饋功能，可將制動能量直接回饋至電網(wǎng)中，降低了后期運(yùn)行費(fèi)用。

每個類別的沖壓線均具有不同的特點(diǎn)，具體特性詳見表1。

圖3 雙臂機(jī)械手沖壓線

表1 沖壓線特性表

沖壓車間工藝規(guī)劃實(shí)例

車間任務(wù)

該項(xiàng)目沖壓車間主要承擔(dān)白車身的大型覆蓋件、內(nèi)板件的生產(chǎn)任務(wù)，包括原材料的準(zhǔn)備、沖壓、成品件存放、模具存放和沖壓廢料的集中處理工作，并負(fù)責(zé)沖壓模具的維修和設(shè)備的日常維護(hù)工作。

設(shè)計原則

⑴成品沖壓件的質(zhì)量須滿足相關(guān)質(zhì)量要求。

⑵沖壓車間功能分區(qū)包含下料備料區(qū)、板料存放區(qū)、沖壓生產(chǎn)區(qū)、模具維修區(qū)、模具存放區(qū)、廢料間及車間輔房等。

⑶工藝設(shè)備選型立足國內(nèi)品牌，要求該車間工藝設(shè)備自動化程度高、柔性化程度高，能適應(yīng)多品種車型及產(chǎn)品更新的需求。選用的設(shè)備要求制造精良、可靠性高，售后服務(wù)好，性價比高，低噪聲、節(jié)能高效，滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

⑷沖壓車間主要承擔(dān)大型覆蓋件、內(nèi)板件等23種沖壓件的生產(chǎn)任務(wù)，全年雙班生產(chǎn)24 萬臺套，共計552 萬件，其余沖壓件全部外協(xié)生產(chǎn)。

⑸沖壓廢料采用地下輸送方式，用廢料輸送帶運(yùn)輸至廢料間，散料用汽車運(yùn)走，廢料輸送線配置鋼鋁廢料分別輸送的功能。

⑹工藝布置合理高效，各功能分區(qū)有機(jī)結(jié)合，物流順暢。

⑺車間內(nèi)設(shè)置橋式起重機(jī)及無軌電動平車，板料轉(zhuǎn)運(yùn)利用叉車，模具轉(zhuǎn)運(yùn)利用起重機(jī)及無軌電動平車。

⑻工藝規(guī)劃及設(shè)備選用滿足環(huán)保法規(guī)及職業(yè)衛(wèi)生安全等要求。

《整車廠沖壓車間的規(guī)劃設(shè)計研究》（下）見《鍛造與沖壓》2019 年第20 期