沖壓廠對未來沖壓裝備的需求及先進制造技術的應用

文/薛盛智，盛倫旺，趙樹林·奇瑞汽車股份有限公司

沖壓廠對未來沖壓裝備的需求及先進制造技術的應用

文/薛盛智，盛倫旺，趙樹林·奇瑞汽車股份有限公司

沖壓裝備是汽車工業(yè)的基礎重要裝備，在世界范圍內備受各方密切關注。采用現(xiàn)代化的沖壓設備生產工件，具有效率高、質量好，無切屑、加工成本低的特點。

沖壓裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

國內沖壓裝備的現(xiàn)狀及差距

⑴生產企業(yè)分布。目前我國鍛壓機械行業(yè)銷售收入在1000萬元以上的企業(yè)約200余家，絕大多數(shù)為中小型企業(yè)，一半以上分布在江蘇、山東、上海、浙江等省市。

⑵產品種類。生產機械壓力機的企業(yè)占40%以上，生產液壓機的企業(yè)占15%，生產剪切、彎曲、校正設備的企業(yè)占30%左右，生產其他鍛壓設備的企業(yè)占15%。

⑶存在的問題與差距，主要體現(xiàn)在：在整體可靠性、安全性、宜人性、精細性等方面有著明顯差距；總量供給能力很強，但以低中檔為主；不能全面符合國際主要安全標準；控制水平低、自動化程度低；主要差距是可靠性，整體自動化程度、關鍵核心技術的自主研發(fā)能力和速度，產品的宜人性、產品的精細加工等方面。

奇瑞公司沖壓裝備的現(xiàn)狀

⑴奇瑞公司壓力機規(guī)劃大體分四個階段。

第一階段：建廠～2002年，結合沖壓工藝要求，首臺壓力機采用雙動內/外滑塊模式，內滑塊用于成形，外滑塊用于壓邊，總噸位在1600t以下。

圖1 奇瑞公司沖壓車間生產線

第二階段：2003年8月～2006年底，2006年12月～2008年初，規(guī)劃是首臺壓機噸位達到2000t，雙動、單動各1臺，這是第一次規(guī)劃單動壓機；規(guī)劃壓機主電機采用直流變頻控制，取消微調電機，改由主電機變頻調速控制微調動作；壓機操作面板增加觸摸屏顯示，操作更直觀方便。

第三階段：2008年初～2011年，規(guī)劃是首臺壓機噸位達到2400t，全部為單動壓機；主電機交流變頻調速控制；采用濕式離合器制動器、數(shù)控液壓墊、安全PLC等新技術；全線封閉，減小噪音。

第四階段：2012年至今，首次規(guī)劃同步雙臂自動化線；首次應用了伺服調試壓力機；多工位生產線得到推廣。

⑵奇瑞公司自動化線規(guī)劃分機器人與機械手2大類，見圖2、3。

圖2 機器人

圖3 機械手

機器人上下料機構一般使用載重量為100～140kg的大型沖壓專用工業(yè)機器人，因其柔性化較大，任何結構的模具，機器人皆可上料、取料。工業(yè)機器人發(fā)展成熟且易于維護，機器人上下料結構已經越來越成為舊生產線改造及預算不充裕廠家的首選。機械手快速送料機構是近十年逐漸興起的，技術已成熟，在速度方面具有明顯優(yōu)勢，所以能夠和高檔壓力機緊密結合，在未來的沖壓行業(yè)中扮演重要的角色。

沖壓裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

當前，汽車生產的沖壓線必須具有安全可靠、高效率、高精度、高柔性的特點，同時必須更加節(jié)能環(huán)保。隨著新車型的不斷推出，對沖壓設備的要求也越來越高，如設備噸位、拉延精度、生產效率、產品質量、環(huán)保等，同步沖壓自動化生產線、大型多工位壓力機、伺服壓力機是當今大型沖壓裝備的發(fā)展趨勢。

同步沖壓生產線

同步沖壓自動化生產線的主要特點是：同步沖壓生產線每分鐘可生產12～15個工件，加工速度是手工送料生產線的3～4倍，是機械手或機器人單機聯(lián)線自動生產線的1.5倍，大大提高了沖壓件的產量，同時可以減少汽車車身零件的半成品庫存量和相應的資本積壓。

多工位壓力機

多工位壓力機的主要特點是：同時具備落料、沖孔、沖槽、拉延、成形等功能，能夠提高生產效率，減少占地面積并降低成本。與多臺單機工作方式相比，多工位壓力機可以省去輔助及工序間的檢查、搬動、堆放。隨著設備結構的不斷改進、微電子技術的發(fā)展和工藝范圍的逐步擴大，表現(xiàn)出逐步取代中、小型自動沖壓線的發(fā)展前景。

圖4 同步沖壓生產線

圖5 多工位壓力機

伺服壓力機

伺服壓力機是利用伺服技術驅動實現(xiàn)金屬鍛壓成形工藝的一種新型機床，具有高效性、高精度、高柔性、低噪環(huán)保等特點，充分體現(xiàn)了綠色制造中的節(jié)能、降噪的先進思想，使得該設備的應用將越來越廣泛，在成形工藝中的運用也將愈發(fā)重要。伺服壓力機省去了飛輪、離合器等零部件，簡化了機械傳動，大大降低了噪聲，可維護性強?；瑝K運動特性可以優(yōu)化，如拉深、彎曲時，適當?shù)幕瑝K曲線可減少回彈，提高制件精度。

同時，伺服驅動壓力機能很好地滿足一些新材料的成形工藝要求。因為采用了數(shù)字化控制，人機界面友好，可以方便進行滑塊曲線設定、滑塊位置、速度的顯示和記錄，便于實現(xiàn)遠程故障診斷，設備安全性更高。

圖6 伺服壓力機

先進制造技術在未來汽車領域的應用

柔性制造

柔性制造技術集自動化技術、信息技術和制造加工技術于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程設計、制造、經營管理等過程，在計算機及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構成一個覆蓋整個企業(yè)的有機系統(tǒng)。機器柔性，是指系統(tǒng)的機器設備具有隨產品變化而加工不同零件的能力；工藝柔性，是指系統(tǒng)能夠根據(jù)加工對象或原材料的變化確定相應的工藝流程；產品柔性，是指產品更新后系統(tǒng)不僅對老產品的有用特性有繼承能力和兼容能力，而且還具有迅速、經濟地生產出新產品的能力；生產能力柔性，是指當生產量改變時系統(tǒng)能及時作出反應而經濟地運行；維護柔性，是指系統(tǒng)能采用多種方式查詢、處理故障，保障生產正常進行；擴展柔性，是指當生產需要時，可以很容易地擴展系統(tǒng)結構、增加模塊，構成一個更大的制造系統(tǒng)。

柔性制造的特點是：柔性生產線幾乎無停工損失，設計利用率高；具有高質量、高可靠性、高自動化和高效率；縮短新產品的開發(fā)、制造周期；可減少工廠內零件的庫存，減少工藝裝備開發(fā)成本；減少工人數(shù)量，減輕工人勞動強度。

汽車輕量化

汽車在給人類生活帶來方便的同時，也產生油耗、安全和環(huán)保三大問題。如何應對這三大問題，行業(yè)各方面都提出了相應的措施，包括制定條令法規(guī)，如油耗法規(guī)、安全法規(guī)以及排放法規(guī)。汽車行業(yè)一致認為，汽車輕量化是滿足上述三個法規(guī)的有效手段和方法。汽車輕量化的主要途徑：一方面是材料，大量使用高強鋼及先進高強鋼，如鋁合金、鎂合金、非金屬（碳纖維增強材料）等輕量化材料?？梢源蟠笤黾榆嚿淼膹姸?，降低車身自重，同時也降低了油耗；另一方面是工藝方面，針對汽車車身的成形工藝，涉及到的輕量化制造技術包括：

⑴先進成形技術，包括內高壓成形、熱沖壓成形、輥壓成形等。

⑵制板技術，包括激光拼焊、變截面輥壓軋制等。

⑶連接技術，包括有鉚連接、無鉚連接、激光電焊、粘接等。

智能制造

電氣化是指加工裝備＋電動機，這是電氣一代；數(shù)控化是指機床＋計算機，這是數(shù)控一代；智能化是指數(shù)控機床＋智能控制，這是智能一代。智能制造通過智能控制，可以實現(xiàn)工藝優(yōu)化，具有豐富軟件的裝備價值提升30%～300%。

目前，智能制造裝備產業(yè)還處于從自動化開始向智能化發(fā)展的初級階段，各類裝備的智能化發(fā)展程度不同，一些行業(yè)的自動化還沒有完成。真正的智能可以根據(jù)加工狀態(tài)的檢測信息，判斷狀態(tài)是否最優(yōu)。

增材制造（3D打?。?/p>

增材制造（3D打?。┦且蕴摂M制造為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。實現(xiàn)“無模”制造，常用在模具制造，工業(yè)設計等領域被用于制造模型?，F(xiàn)逐漸用于產品的直接制造。某些領域，應用三維打印技術具有特別優(yōu)勢，如單件、定制、模具、工業(yè)設計、概念設計，還有一些高價值的產品。在汽車領域，3D打印技術可應用于車身的再制造、模具的改造、刀具的改造、發(fā)動機缸體的改造等方面。

增材制造（3D打?。┑奶攸c是：數(shù)字化、無模具、柔性、快速；制造原型使用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用；制造工藝與制造原型的幾何形狀無關，在加工復雜曲面時更具優(yōu)勢；加工周期短，成本低。成本與產品復雜程度無關，一般制造費用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；高度技術集成，可實現(xiàn)設計制造一體化。

結束語

近年來汽車裝備的蓬勃發(fā)展，使一般沖壓設備基本滿足國內汽車業(yè)的需要。但是隨著汽車市場的快速發(fā)展，不斷提高生產規(guī)模的需求在加大，對快節(jié)奏、高生產率自動化生產線的需求提到日程，工藝、設備、模具、配套裝備及管理等高科技技術已經在有準備的走向市場，由此對于適應中小批量生產的柔性沖壓線需求就更為迫切。