滿足現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)需求的新技術(shù)

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2456

 

當(dāng)代汽車沖壓生產(chǎn)中，各種新型沖壓設(shè)備、先進(jìn)的機(jī)械化系統(tǒng)、新工藝及沖模、智能控制技術(shù)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(diǎn)，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(shù)與設(shè)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(shè)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(shè)備、機(jī)械化系統(tǒng)、沖壓工藝及沖模、智能控制等方面的技術(shù)進(jìn)步及其應(yīng)用做介紹。


沖壓設(shè)備


長期以來，傳統(tǒng)沖壓設(shè)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(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)在壓力機(jī)上的應(yīng)用給沖壓生產(chǎn)帶來了更多的靈活性，大型多工位壓力機(jī)、柔性沖壓自動線等設(shè)備正在改寫沖壓生產(chǎn)的歷史。


1.集成化控制


為適應(yīng)柔性化的生產(chǎn)要求，壓力機(jī)的所有控制功能應(yīng)做到集成化，從而實(shí)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(shè)定。具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)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(shù)是壓力機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向，對實(shí)現(xiàn)自動化具有明顯推動作用。


壓力機(jī)控制系統(tǒng)的集成化可通過單一操作接口實(shí)現(xiàn)所有壓機(jī)和模具的各項(xiàng)控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關(guān)和模具監(jiān)控及調(diào)整等，并使設(shè)備的維修保養(yǎng)更加方便，而且明顯增加壓力機(jī)的有效工作時(shí)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(dá)到了當(dāng)代國際先進(jìn)水平（見圖1），采用了多連桿精度優(yōu)化補(bǔ)償技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)全自動模具快速更換技術(shù)、矢量交流頻調(diào)速主驅(qū)動技術(shù)及多點(diǎn)液壓過載保護(hù)卸荷控制技術(shù)等，應(yīng)用Ethernet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可與生產(chǎn)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，具有遠(yuǎn)程通信和遠(yuǎn)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(jì)南二機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)的3 200t大型沖壓線


2.伺服驅(qū)動


新型伺服壓力機(jī)采用了適應(yīng)性很強(qiáng)的伺服驅(qū)動技術(shù)，將液壓機(jī)的靈活性與機(jī)械壓力機(jī)的高效率優(yōu)點(diǎn)有機(jī)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(jī)（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(shè)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(jī)


伺服驅(qū)動系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)就是：電動機(jī)直接與偏心曲柄齒輪相互連接，由于電動機(jī)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度，任意加快或減慢沖壓速度。


伺服壓力機(jī)的另一大特點(diǎn)是匹配性很高。由于伺服壓力機(jī)的電動機(jī)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(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動和沖裁力的無級調(diào)節(jié)，使壓力機(jī)的工作曲線與各種不同的應(yīng)用要求相匹配。為了保證曲柄完成精確的運(yùn)動，用戶可以通過減速拉延加工實(shí)現(xiàn)或者保持恒定的沖壓運(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)速變化及控制經(jīng)過了合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(shí)，該機(jī)就可以像傳統(tǒng)壓力機(jī)一樣工作，保持恒定的功率和行程。


3.大型多工位壓力機(jī)


可進(jìn)行柔性沖壓生產(chǎn)的大型多工位壓力機(jī)代表了當(dāng)今國際沖壓技術(shù)的最高水平，是車身覆蓋件沖壓成形生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展方向。大型多工位壓力機(jī)集機(jī)械、電子、控制和檢測技術(shù)為一體，可實(shí)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(dāng)然，壓力機(jī)自身的技術(shù)和性能在近十多年的實(shí)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(jī)構(gòu)、數(shù)控液壓拉伸墊代替雙動壓機(jī)、現(xiàn)場總線控制技術(shù)的應(yīng)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(jī)和橫桿式自動壓力機(jī)大量生產(chǎn)車身覆蓋件（見圖3），滿足當(dāng)代汽車沖壓件的最高精度和表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)，其主要原因：一是設(shè)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(shè)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(shù)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(jī)


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(jī)或多連桿單動拉伸壓力機(jī)和4～5臺單動壓力機(jī)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(jī)、清洗涂油機(jī)、對中上料機(jī)、上下料機(jī)械手（機(jī)器人）、穿梭（翻轉(zhuǎn)）傳送自動輸送機(jī)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(jìn)的高速緊湊型沖壓線，能快速提高沖壓機(jī)的生產(chǎn)效率。板料對中采用當(dāng)今先進(jìn)的光學(xué)攝像系統(tǒng)進(jìn)行定位。拉伸壓力機(jī)選用數(shù)控液壓拉伸墊，先進(jìn)的每個自動化單元配一個機(jī)械手，省去了穿梭傳送裝置，縮短輸送距離，減少壓力機(jī)的間距，生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)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(shí)，因此，采用機(jī)械化、自動化的生產(chǎn)方式進(jìn)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(jī)


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


調(diào)試壓力機(jī)主要選擇液壓高速試驗(yàn)壓力機(jī)和拉伸機(jī)械壓力機(jī)，特別是在生產(chǎn)型機(jī)械壓力機(jī)上的模具試驗(yàn)時(shí)間可減少80%，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。試模機(jī)械壓力機(jī)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(shè)置和狀態(tài)記憶功能的多連桿拉伸壓力機(jī)。


機(jī)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(jī)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(jī)床的制造促進(jìn)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(jià)值的技術(shù)提升集中表現(xiàn)在沖壓件的自動化運(yùn)輸、自動化傳遞裝置上以及在沖壓設(shè)備上料自動化和以產(chǎn)品為導(dǎo)向的沖壓生產(chǎn)過程中。


由于在變形加工過程中液壓技術(shù)的極限不易突破，因此只能向機(jī)械自動化要效益，而且不能僅僅在沖壓工藝過程中向機(jī)械自動化要效益，應(yīng)當(dāng)也向沖壓工藝技術(shù)以外的領(lǐng)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(jì)效益的領(lǐng)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(jī)與壓力機(jī)之間直接傳送，生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)12～15次/min。機(jī)械手臂末端可自動編程進(jìn)行角度調(diào)整，以適應(yīng)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(jiān)固有力的沖壓件傳送機(jī)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(yīng)用，而且也可以在汽車零部件生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用。擺臂式?jīng)_壓件傳送系統(tǒng)將會給沖壓設(shè)備在快速更換模具方面以極大的支持和幫助，它實(shí)現(xiàn)了沖壓模具和工件的同時(shí)輸出，從而為實(shí)現(xiàn)多功能的沖壓生產(chǎn)線奠定了基礎(chǔ)。


 



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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(shí)代，模具多樣化和模具更換周期短的特點(diǎn)變得尤為突出，同時(shí)對沖壓工藝技術(shù)提出了新的要求，帶來了汽車沖壓件生產(chǎn)加工工藝技術(shù)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(jì)性，衡量其水平的重要標(biāo)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(shè)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(shè)計(jì)作為降低汽車制造成本的重要途徑，甚至不惜改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來滿足制造工藝的要求，同時(shí)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(shí)用，減少空氣阻力，又可減少沖壓件數(shù)量及焊點(diǎn)，能有效地降低成本。


在制定工件的沖壓工藝時(shí)，處理工序的分散與集中是比較復(fù)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(diǎn)等。對于通常是大批量生產(chǎn)的汽車沖壓件，應(yīng)當(dāng)盡量采取工序集中的方案，采用復(fù)合或級進(jìn)模進(jìn)行沖壓，這樣既提高生產(chǎn)率，又能做到安全生產(chǎn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對于復(fù)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(jìn)模，集中的工序數(shù)可以多一些，因?yàn)槠淠＞呓Y(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(shù)的推廣以及壓力機(jī)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(shí)，采用多件同時(shí)沖壓，可使模具費(fèi)、材料費(fèi)和加工費(fèi)都得到降低，對成形工藝來說，也有利于材料應(yīng)力、應(yīng)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(shí)生產(chǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)數(shù)量匹配，還可同時(shí)送焊裝線及時(shí)壓合，物流順暢、便捷。


3.級進(jìn)模


級進(jìn)組合沖模已在發(fā)達(dá)國家汽車工業(yè)中普遍應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)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(jī)上使用的階梯模相比，級進(jìn)�？晒�(jié)約30%的成本，但其應(yīng)用受拉伸深度、導(dǎo)向和傳輸?shù)膸Р倪吘壊牧媳砻嬗不南拗�，主要用于拉伸深度比較淺的簡單零件。


智能控制技術(shù)


近年來，沖壓生產(chǎn)智能控制技術(shù)發(fā)展很快，它在材料、工藝一體化的基礎(chǔ)上，依據(jù)已有材料和工藝數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)沖壓加工過程的在線控制或智能控制（也稱“自適應(yīng)控制 ”）。首先對材料或工藝參數(shù)建立在線檢測系統(tǒng)，當(dāng)材料性能或工藝參數(shù)發(fā)生變化或產(chǎn)生波動時(shí)，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(guān)參數(shù)的瞬時(shí)量值，并通過計(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化軟件（例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)沖壓工藝過程的自適應(yīng)控制。新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)逐漸積累可進(jìn)一步成為后續(xù)加工過程的工藝優(yōu)化基礎(chǔ)。


結(jié)束語


具有更大靈活性或柔性的沖壓技術(shù)和設(shè)備將適應(yīng)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(qiáng)企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng)能力。


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