滿足現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)需求的新技術

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2591

 

當代汽車沖壓生產(chǎn)中，各種新型沖壓設備、先進的機械化系統(tǒng)、新工藝及沖模、智能控制技術等被逐步采用，大大提高了沖壓生產(chǎn)效率和成品質(zhì)量，降低了大批量生產(chǎn)的成本。 


現(xiàn)代汽車工業(yè)具有生產(chǎn)規(guī)�；�、車型批量小、品種變化快、多車型共線生產(chǎn)的特點，車身覆蓋件也隨之呈現(xiàn)大型化、一體化的特征，這些趨勢要求沖壓技術與設備不斷向柔性化和自動化方向發(fā)展，高柔性、高效率的自動化沖壓設備正在逐步取代傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線，成為世界沖壓生產(chǎn)的主流。


以下筆者將分別對沖壓設備、機械化系統(tǒng)、沖壓工藝及沖模、智能控制等方面的技術進步及其應用做介紹。


沖壓設備


長期以來，傳統(tǒng)沖壓設備因其穩(wěn)定的生產(chǎn)條件保證了沖壓件的質(zhì)量，模具的使用也相對持久，但是缺乏靈活性是這一生產(chǎn)方式的明顯缺陷。集成化控制技術、伺服驅(qū)動技術在壓力機上的應用給沖壓生產(chǎn)帶來了更多的靈活性，大型多工位壓力機、柔性沖壓自動線等設備正在改寫沖壓生產(chǎn)的歷史。


1.集成化控制


為適應柔性化的生產(chǎn)要求，壓力機的所有控制功能應做到集成化，從而實現(xiàn)全套模具的菜單化管理，主要包括滑塊行程調(diào)整、平衡器氣壓的調(diào)整、氣墊行程調(diào)整以及自動化控制系統(tǒng)等各個環(huán)節(jié)的參數(shù)設定。具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡、現(xiàn)場設備互聯(lián)、互動操作性、分散功能模塊、開放式功能的現(xiàn)場總線技術是壓力機控制技術的發(fā)展方向，對實現(xiàn)自動化具有明顯推動作用。


壓力機控制系統(tǒng)的集成化可通過單一操作接口實現(xiàn)所有壓機和模具的各項控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關和模具監(jiān)控及調(diào)整等，并使設備的維修保養(yǎng)更加方便，而且明顯增加壓力機的有效工作時間。


目前國內(nèi)生產(chǎn)的用于轎車大型覆蓋件制造的大型沖壓線已經(jīng)達到了當代國際先進水平（見圖1），采用了多連桿精度優(yōu)化補償技術、聯(lián)網(wǎng)全自動模具快速更換技術、矢量交流頻調(diào)速主驅(qū)動技術及多點液壓過載保護卸荷控制技術等，應用Ethernet網(wǎng)絡技術可與生產(chǎn)聯(lián)網(wǎng)，實時監(jiān)控設備狀態(tài)，具有遠程通信和遠程故障診斷功能，整線支持快速送料系統(tǒng)，每分鐘可生產(chǎn)10～14個轎車大型覆蓋件。


 



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圖1  濟南二機床集團生產(chǎn)的3 200t大型沖壓線


2.伺服驅(qū)動


新型伺服壓力機采用了適應性很強的伺服驅(qū)動技術，將液壓機的靈活性與機械壓力機的高效率優(yōu)點有機地結(jié)合起來，企業(yè)可以為他們的用戶提供大小批量的各種不同的沖壓件，生產(chǎn)能力大幅提高。日本小松公司和德國舒勒公司相繼開發(fā)并已生產(chǎn)出了這種伺服壓力機（見圖2），目前在我國國內(nèi)，一汽豐田汽車公司和廣州豐田汽車公司已采用了這種設備。


 



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圖2  德國舒勒公司于2007年開發(fā)的新型伺服壓力機


伺服驅(qū)動系統(tǒng)最突出的特點就是：電動機直接與偏心曲柄齒輪相互連接，由于電動機的轉(zhuǎn)速可以任意調(diào)節(jié)，從而可以任意地調(diào)節(jié)曲柄機構(gòu)的運動速度，任意加快或減慢沖壓速度。


伺服壓力機的另一大特點是匹配性很高。由于伺服壓力機的電動機轉(zhuǎn)速是可以無級調(diào)節(jié)的，因此有可能在沖壓過程中實現(xiàn)沖壓運動和沖裁力的無級調(diào)節(jié)，使壓力機的工作曲線與各種不同的應用要求相匹配。為了保證曲柄完成精確的運動，用戶可以通過減速拉延加工實現(xiàn)或者保持恒定的沖壓運動速度，這樣不僅可以提高板材加工的質(zhì)量，而且也可延長模具的使用壽命。


伺服壓力機的轉(zhuǎn)速變化及控制經(jīng)過了合理的優(yōu)化設計，并且采用了集成化的模塊，按照模塊化結(jié)構(gòu)制造，如果不需要使用其伺服功能時，該機就可以像傳統(tǒng)壓力機一樣工作，保持恒定的功率和行程。


3.大型多工位壓力機


可進行柔性沖壓生產(chǎn)的大型多工位壓力機代表了當今國際沖壓技術的最高水平，是車身覆蓋件沖壓成形生產(chǎn)設備的發(fā)展方向。大型多工位壓力機集機械、電子、控制和檢測技術為一體，可實現(xiàn)全自動、智能化，操作安全，生產(chǎn)率高，制件質(zhì)量高，綜合成本低，滿足了汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的需要。當然，壓力機自身的技術和性能在近十多年的實踐中也在不斷完善和發(fā)展，如：拉伸工位采用變速多連桿機構(gòu)、數(shù)控液壓拉伸墊代替雙動壓機、現(xiàn)場總線控制技術的應用等。


目前，歐洲和美國的著名汽車制造商采用大型多工位壓力機和橫桿式自動壓力機大量生產(chǎn)車身覆蓋件（見圖3），滿足當代汽車沖壓件的最高精度和表面質(zhì)量標準。我國目前尚沒有汽車生產(chǎn)企業(yè)采用大型多工位壓力機，其主要原因：一是設備的一次性投資較大；二是國內(nèi)汽車制造商起步較晚，企業(yè)現(xiàn)有的沖壓設備尚在服役期，這也在某種程度上制約了我國汽車沖壓技術的提高。


 



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圖3  國外某汽車制造商采用的多工位壓力機


4.柔性沖壓自動線


柔性沖壓自動線大多由一臺雙動拉伸壓力機或多連桿單動拉伸壓力機和4～5臺單動壓力機組成流水線，生產(chǎn)大型車身覆蓋件，安全性高，沖壓質(zhì)量好。生產(chǎn)線上布置自動化上下料系統(tǒng)，由拆垛機、清洗涂油機、對中上料機、上下料機械手（機器人）、穿梭（翻轉(zhuǎn)）傳送自動輸送機組成，從毛坯的上料到?jīng)_壓件下線全部自動完成。生產(chǎn)節(jié)拍最高為6～9次/min。整條沖壓線長60～80m左右，約需6～7名操作工人。


有些企業(yè)采用的是國際先進的高速緊湊型沖壓線，能快速提高沖壓機的生產(chǎn)效率。板料對中采用當今先進的光學攝像系統(tǒng)進行定位。拉伸壓力機選用數(shù)控液壓拉伸墊，先進的每個自動化單元配一個機械手，省去了穿梭傳送裝置，縮短輸送距離，減少壓力機的間距，生產(chǎn)節(jié)拍可達10件/min。


隨著我國汽車市場競爭的不斷加劇，汽車的外觀質(zhì)量及其內(nèi)在質(zhì)量成為各汽車制造廠家角逐市場的先決條件已是不爭的事實，因此，采用機械化、自動化的生產(chǎn)方式進行沖壓生產(chǎn)是提高汽車外觀質(zhì)量的最有效的途徑。


5.調(diào)試壓力機


大批量生產(chǎn)的汽車沖壓企業(yè)應為每條大型沖壓自動線配置調(diào)試壓力機，以縮短金屬成形模具的試模時間，提高大型沖壓線的開動率。


調(diào)試壓力機主要選擇液壓高速試驗壓力機和拉伸機械壓力機，特別是在生產(chǎn)型機械壓力機上的模具試驗時間可減少80%，具有巨大的應用價值。試模機械壓力機的發(fā)展趨勢是采用配備了數(shù)控液壓拉伸墊、具有參數(shù)設置和狀態(tài)記憶功能的多連桿拉伸壓力機。


機械化系統(tǒng)


自動沖壓生產(chǎn)線的研發(fā)、沖壓生產(chǎn)線的機械化改造、用于汽車側(cè)圍板生產(chǎn)的大型真空上料沖壓機床的制造促進了汽車工業(yè)的飛速發(fā)展。


對于國內(nèi)汽車沖壓件生產(chǎn)企業(yè)來說，最有價值的技術提升集中表現(xiàn)在沖壓件的自動化運輸、自動化傳遞裝置上以及在沖壓設備上料自動化和以產(chǎn)品為導向的沖壓生產(chǎn)過程中。


由于在變形加工過程中液壓技術的極限不易突破，因此只能向機械自動化要效益，而且不能僅僅在沖壓工藝過程中向機械自動化要效益，應當也向沖壓工藝技術以外的領域要效益、向新的沖壓件傳送方式、向沖壓件下線方式要效益，向所有能獲得經(jīng)濟效益的領域索取效益。


新型的集成式快速傳送系統(tǒng)（見圖4）可為壓力機與壓力機之間直接傳送，生產(chǎn)節(jié)拍可達12～15次/min。機械手臂末端可自動編程進行角度調(diào)整，以適應模具的型槽位置。在大型及特大型沖壓件的生產(chǎn)過程中，堅固有力的沖壓件傳送機構(gòu)不僅可在大型工件沖壓和雙件沖壓（一次沖壓兩個成品）的生產(chǎn)過程中得到廣泛的應用，而且也可以在汽車零部件生產(chǎn)過程中廣泛應用。擺臂式?jīng)_壓件傳送系統(tǒng)將會給沖壓設備在快速更換模具方面以極大的支持和幫助，它實現(xiàn)了沖壓模具和工件的同時輸出，從而為實現(xiàn)多功能的沖壓生產(chǎn)線奠定了基礎。


 



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圖4  傳送系統(tǒng)


沖壓工藝及模具


在世界汽車產(chǎn)品變化多樣的時代，模具多樣化和模具更換周期短的特點變得尤為突出，同時對沖壓工藝技術提出了新的要求，帶來了汽車沖壓件生產(chǎn)加工工藝技術的變革。


1.沖壓工序數(shù)


汽車沖壓件具有良好的工藝性和經(jīng)濟性，衡量其水平的重要標志有沖壓件的工序數(shù)、車身總成的分塊數(shù)量和尺寸大小、沖壓件的結(jié)構(gòu)等因素。減少沖壓過程的工序數(shù)意味著減少沖壓件數(shù)、節(jié)省工裝數(shù)量、簡化沖壓過程的傳送裝置、縮減操作人員和設備占地面積等，是節(jié)約投資及能耗的極佳措施，所以沖壓制造商都能把沖壓工序數(shù)設計作為降低汽車制造成本的重要途徑，甚至不惜改進產(chǎn)品設計來滿足制造工藝的要求，同時還采用盡量大尺寸的合理的車身總成分塊，如整塊式車身左右側(cè)板及車頂蓋板，既可使汽車外形更加美觀實用，減少空氣阻力，又可減少沖壓件數(shù)量及焊點，能有效地降低成本。


在制定工件的沖壓工藝時，處理工序的分散與集中是比較復雜的問題。它取決于工件的批量、結(jié)構(gòu)形狀、質(zhì)量要求、工藝特點等。對于通常是大批量生產(chǎn)的汽車沖壓件，應當盡量采取工序集中的方案，采用復合或級進模進行沖壓，這樣既提高生產(chǎn)率，又能做到安全生產(chǎn)。實踐經(jīng)驗表明，對于復合模，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，一般為 2～３個工序，最多4個，對于級進模，集中的工序數(shù)可以多一些，因為其模具結(jié)構(gòu)的布局范圍自由度更大。


2.多件沖壓模具工藝


隨著中高級轎車車身整體側(cè)圍沖壓技術的推廣以及壓力機臺面的增大，沖壓工藝也得到了快速發(fā)展，車門、翼子板等沖壓件從過去的一模單件發(fā)展為雙槽模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率成倍提高，最新已發(fā)展到車門內(nèi)外板采用四型槽沖模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率又翻了一番。


產(chǎn)量較大時，采用多件同時沖壓，可使模具費、材料費和加工費都得到降低，對成形工藝來說，也有利于材料應力、應變對稱均勻，還提高了生產(chǎn)效率，降低了能源消耗。


雙件生產(chǎn)的最新發(fā)展趨勢是內(nèi)外板同時生產(chǎn)，其優(yōu)點是：生產(chǎn)數(shù)量匹配，還可同時送焊裝線及時壓合，物流順暢、便捷。


3.級進模


級進組合沖模已在發(fā)達國家汽車工業(yè)中普遍應用，其優(yōu)點是生產(chǎn)率高、模具成本低、不需要板料剪切。與多工位壓力機上使用的階梯模相比，級進�？晒�(jié)約30%的成本，但其應用受拉伸深度、導向和傳輸?shù)膸Р倪吘壊牧媳砻嬗不南拗疲饕糜诶焐疃缺容^淺的簡單零件。


智能控制技術


近年來，沖壓生產(chǎn)智能控制技術發(fā)展很快，它在材料、工藝一體化的基礎上，依據(jù)已有材料和工藝數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)沖壓加工過程的在線控制或智能控制（也稱“自適應控制 ”）。首先對材料或工藝參數(shù)建立在線檢測系統(tǒng)，當材料性能或工藝參數(shù)發(fā)生變化或產(chǎn)生波動時，由自動檢測系統(tǒng)（傳感器和信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）在線確定相關參數(shù)的瞬時量值，并通過計算機模擬分析和優(yōu)化軟件（例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法、專家系統(tǒng)）確定參數(shù)變化后的最佳工藝參數(shù)組合。自動控制系統(tǒng)調(diào)整工藝參數(shù)后，可以實現(xiàn)沖壓工藝過程的自適應控制。新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)逐漸積累可進一步成為后續(xù)加工過程的工藝優(yōu)化基礎。


結(jié)束語


具有更大靈活性或柔性的沖壓技術和設備將適應小批量、多品種、混流生產(chǎn)模式以及市場多樣化、個性化需求的發(fā)展趨勢，加強企業(yè)對市場變化的快速響應能力。


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