汽車自動化沖壓車間規劃

史鵬飛，崔禮春，夏咪咪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601）

對于整車工廠來說，沖壓車間是整個制造流程中比較核心的環節，如果能夠在這個環節進行合理規劃分析，整車工廠的效率會得到較大提高。人工生產線，雖然在建設初期投入較小，但隨著市場需求的擴大，其固有的效率低下、產品質量穩定性較差等缺點越來越影響企業的發展。自動化生產線恰好可以讓這些問題得到解決。較高的生產效率、穩定的產品質量以及規模生產條件下更低的單件生產成本，正是自動化沖壓生產線的優點，尤其對大型車身覆蓋件生產而言，這些優點更為突出。因而，現今一般在大型沖壓車間規劃初期，就會直接考慮采用自動化。

1 沖壓車間設計原則

（1）圍繞整車工廠的工作核心和目標，以及生產汽車的需要和目的為首要和根本的原則。

（2）以縮短移動距離為原則，車間平面布置以物流順暢為原則，劃區域布置，各區域之間位置按物流順序進行布置。

（3）充分利用沖壓車間中的空間和場地，整個車間按精益生產方式進行設計，生產組織采取“多批次，小批量”的生產方式，綜合考慮整體物流、庫存時間和運輸頻次。

（4）沖壓設備考慮采用高速沖壓自動線，保證質量，提高效率，節約生產面積及生產成本。

選擇什么樣規模的生產線，取決于需要生產什么樣的沖壓件。對于占汽車車身10%的超大型沖壓件，一般采用總噸位6000t以上的沖壓線；25%左右的大中型沖壓件，采用4000t左右沖壓線；25%左右的中型沖壓件，采用2500t左右沖壓線；其余40%左右中小件，基本采用1000t以下生產線。

2 產能核算

依據沖壓廠30萬輛產能規劃，主要參考設備工作年時基數、平均生產節拍和沖壓沖次需求等。生產線按照兩班250天，每天8h工作制度，生產線按照七軸機器人高速線，移動率0.75，平均生產節拍依據10SPM核算：

年沖次 =250×2×8×60×60×10×0.75=1080萬次

3 工藝設備

就設備組成而言，沖壓自動化線一般包括壓力機和自動化。

3.1 壓力機

壓力機作為沖壓車間的主要生產線設備，決定了整體生產工藝的水平。目前國內壓力機主要分為液壓機、機械壓力機兩大類。其中，因液壓機生產效率較低、維護頻率較高、維修成本較高等原因，已經逐漸被機械壓力機所取代。機械壓力根據結構不同，可分為單動、雙動、四柱壓力機；根據自身原理，可分為機械式壓力機、伺服壓力機。

3.2 沖壓自動化系統

（1）拆垛系統。一套完整的沖壓自動化拆垛系統的常規配置主要包括軌道移動式上料小車、拆垛機械手、傳送裝置、板料清洗機、板料涂油機、板料對中臺及控制系統等組成。

（2）自動傳輸系統。自動傳輸系統用于各工序間毛坯或工件搬運傳輸。傳輸機構主要有機械手、機器人等方式。機械手分為上下料機械手和高速穩定的單臂或雙臂橫桿式傳送機構等。機器人傳輸方式自身特點獨樹一幟，機器人通過端拾器和運動軌跡的調整，更加柔性化，產品適應性強，在舊線改造和多品種小批量沖壓線應用較多。

（3）線尾出料系統。線尾出料系統由出料輸送帶、照明、工件檢驗臺、人工或自動裝箱機構及控制系統等構成。主要任務是將成品沖壓件輸送至合適的位置便于裝箱（或自動裝箱），并為沖壓件檢測提供條件。由于人工檢查的靈活性特點，常用人工檢查及人工裝箱方式。

3.3 沖壓自動線的主要形式

（1）“普通壓力機+機器人傳輸”形式。機器人傳輸形式柔性高，使用方便且成本較低，但穩定性較差，速度相對較慢，不適合大批量高速生產。

（2）“普通壓力機+單臂機械手”傳輸形式。單臂機械手傳輸形式由于成本相對較低、具有一定的靈活性，目前仍有一定的發展空間。

（3）“高速壓力機+橫桿式”傳輸形式（高速線）。橫桿式傳輸形式具有高速、高穩定性等特點，已經在大型覆蓋件生產中得到廣泛應用。

（4）“多工位壓力機+步進式”傳輸形式。多工位生產線已經有多年的歷史，傳輸方式已經由原來的機械式傳輸演變為今天的電子控制式傳輸，整體結構也由單一的單滑塊發展為單滑塊、多滑塊并存。由于速度快、穩定性高，一直以來為各主機廠廣泛使用。尤其多滑塊多工位，其特性基本與高速線接近。

4 沖壓自動線規劃其他因素

沖壓自動線規劃是個比較復雜的過程，除了上面提到的，還有很多因素需要考慮。

4.1 是否采用同步技術

同步技術在沖壓自動化領域的應用已經得到廣泛的認可，它對提升生產節拍有著重要的意義。

傳統的沖壓自動化生產過程中，壓機始終采用“單次”運行模式，下料手需等到壓機完成整個沖壓循環滑塊回到上死點停止后才開始動作，上料手（上料機械手/機器人）需等下料手退出壓機工作區域后開始啟動，而壓機滑塊又需等下料手完全退出壓機工作區域后再開始下行，每個循環周期較長，從而直接影響整線生產節拍。

同步技術是指生產過程中，壓機采用“連續”運行模式，通過精確的計算，讓上下料手和壓機滑塊“同步”啟動，下料手在滑塊回程上行到一定角度（回到上死點前）后便開始取件，上料手在滑塊下行到一定角度前完成送件，在保證整個過程不出現干涉的情況下完成取送件動作。同時為了保證下料手在完成取件后有足夠的時間將工件送入下道工序，相鄰兩臺壓機滑塊運動過程中始終保持合理的相位差，從而讓上下料手可以工作的周期相對加長。

尤其對于大批量大型覆蓋件沖壓生產而言，高速沖壓自動線加同步技術比包括單滑塊多工位在內的其他方式有更為明顯的優勢。

4.2 壓機重點參數——滑塊行程

生產線規劃時，要考慮的壓機參數很多，其中滑塊行程直接影響自動化實現的可行性及難易程度，在規劃時需重點關注。

滑塊行程的選擇，與需要生產的沖壓件的拉延深度、端拾器的高度等直接有關。規劃時所確定的滑塊行程，必須保證上下料手抓取工件水平運動過程中端拾器與上模最低點及下模最高點保持足夠的安全空間。

由于大型覆蓋件的拉延深度大多超過200mm，所以，大型高速沖壓自動線的壓機滑塊行程一般在1000mm以上。

4.3 模具及端拾器的結構形狀

為了獲得理更為想的干涉曲線，除了滑塊行程、速度-加速度曲線等壓機固有參數或固有特性需要重點考慮外，模具及端拾器的結構形狀，也應納入考慮范疇。合理的模具及端拾器結構，能夠有效彌補自動化方面存在的不足，從而提高沖壓自動化生產的可行性。

此外，模具設計時還應考慮以下內容：同一生產線模具閉合高度相差不宜過大（最好一致）；下模盡可能裝有制件到位傳感器；模具安裝槽的位置盡量統一（可以減少自動夾緊器的數量，降低成本）；廢料能夠順利排出工作臺外（部分排料困難位置加沖頂裝置）；成型類模具配備制件頂松裝置（如彈頂銷或頂出氣缸）和避免出現較大的斜楔機構，盡量多采用旋轉斜楔。

4.4 對鋼板料垛的要求

與手動線相比，自動化沖壓生產，對鋼板毛坯料垛的規整程度有更為嚴格的要求。如果料垛不夠整齊，會造成磁力分張效果差（易產生雙料現象），拆垛手抓取板料位置不夠準確等問題。因此，自動線投入之前，為保證生產效率達到目標值，必須明確對鋼板料垛的要求。

4.5 對沖壓件工藝排布的要求

（1）同一件模具的送料中心與生產線中心對應關系盡量一致；

（2）盡量減少制件傳輸過程中的旋轉，尤其高速沖壓線及多工位，應避免制件繞Z軸旋轉；

（3）同一件生產過程中送料面高度盡可能一致（能夠有效較少節拍損失）。

4.6 對生產管理的要求

（1）及時做好模具線下保養，減少在線維護時間；

（2）相鄰生產批次的模具閉合高度相差不大（可以減少裝模高度調整時間）；

（3）毛坯及模具在生產批次切換前準備就緒；

（4）成品件及時轉移；

（5）保持良好的環境清潔度；

（6）設備操作和維護保養的規范化。

5 結束語

在沖壓車間生產過程中，由于自身在發展過程中產生的一系列問題，不利于沖壓車間的長期發展。本文通過通過對沖壓車間工藝設計的原則、設備的選擇，提出了相應的方法策略。

沖壓車間的規劃設計應遵循“精益、緊湊、實用”的原則，追求“高質量、高效率、低投入”。