汽车自动化冲压车间规划

2020-12-04史鹏飞崔礼春夏咪咪

锻压装备与制造技术 2020年1期

史鹏飞，崔礼春，夏咪咪

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601）

对于整车工厂来说，冲压车间是整个制造流程中比较核心的环节，如果能够在这个环节进行合理规划分析，整车工厂的效率会得到较大提高。人工生产线，虽然在建设初期投入较小，但随着市场需求的扩大，其固有的效率低下、产品质量稳定性较差等缺点越来越影响企业的发展。自动化生产线恰好可以让这些问题得到解决。较高的生产效率、稳定的产品质量以及规模生产条件下更低的单件生产成本，正是自动化冲压生产线的优点，尤其对大型车身覆盖件生产而言，这些优点更为突出。因而，现今一般在大型冲压车间规划初期，就会直接考虑采用自动化。

1 冲压车间设计原则

（1）围绕整车工厂的工作核心和目标，以及生产汽车的需要和目的为首要和根本的原则。

（2）以缩短移动距离为原则，车间平面布置以物流顺畅为原则，划区域布置，各区域之间位置按物流顺序进行布置。

（3）充分利用冲压车间中的空间和场地，整个车间按精益生产方式进行设计，生产组织采取“多批次，小批量”的生产方式，综合考虑整体物流、库存时间和运输频次。

（4）冲压设备考虑采用高速冲压自动线，保证质量，提高效率，节约生产面积及生产成本。

选择什么样规模的生产线，取决于需要生产什么样的冲压件。对于占汽车车身10%的超大型冲压件，一般采用总吨位6000t以上的冲压线；25%左右的大中型冲压件，采用4000t左右冲压线；25%左右的中型冲压件，采用2500t左右冲压线；其余40%左右中小件，基本采用1000t以下生产线。

2 产能核算

依据冲压厂30万辆产能规划，主要参考设备工作年时基数、平均生产节拍和冲压冲次需求等。生产线按照两班250天，每天8h工作制度，生产线按照七轴机器人高速线，移动率0.75，平均生产节拍依据10SPM核算：

年冲次 =250×2×8×60×60×10×0.75=1080万次

3 工艺设备

就设备组成而言，冲压自动化线一般包括压力机和自动化。

3.1 压力机

压力机作为冲压车间的主要生产线设备，决定了整体生产工艺的水平。目前国内压力机主要分为液压机、机械压力机两大类。其中，因液压机生产效率较低、维护频率较高、维修成本较高等原因，已经逐渐被机械压力机所取代。机械压力根据结构不同，可分为单动、双动、四柱压力机；根据自身原理，可分为机械式压力机、伺服压力机。

3.2 冲压自动化系统

（1）拆垛系统。一套完整的冲压自动化拆垛系统的常规配置主要包括轨道移动式上料小车、拆垛机械手、传送装置、板料清洗机、板料涂油机、板料对中台及控制系统等组成。

（2）自动传输系统。自动传输系统用于各工序间毛坯或工件搬运传输。传输机构主要有机械手、机器人等方式。机械手分为上下料机械手和高速稳定的单臂或双臂横杆式传送机构等。机器人传输方式自身特点独树一帜，机器人通过端拾器和运动轨迹的调整，更加柔性化，产品适应性强，在旧线改造和多品种小批量冲压线应用较多。

（3）线尾出料系统。线尾出料系统由出料输送带、照明、工件检验台、人工或自动装箱机构及控制系统等构成。主要任务是将成品冲压件输送至合适的位置便于装箱（或自动装箱），并为冲压件检测提供条件。由于人工检查的灵活性特点，常用人工检查及人工装箱方式。

3.3 冲压自动线的主要形式

（1）“普通压力机+机器人传输”形式。机器人传输形式柔性高，使用方便且成本较低，但稳定性较差，速度相对较慢，不适合大批量高速生产。

（2）“普通压力机+单臂机械手”传输形式。单臂机械手传输形式由于成本相对较低、具有一定的灵活性，目前仍有一定的发展空间。

（3）“高速压力机+横杆式”传输形式（高速线）。横杆式传输形式具有高速、高稳定性等特点，已经在大型覆盖件生产中得到广泛应用。

（4）“多工位压力机+步进式”传输形式。多工位生产线已经有多年的历史，传输方式已经由原来的机械式传输演变为今天的电子控制式传输，整体结构也由单一的单滑块发展为单滑块、多滑块并存。由于速度快、稳定性高，一直以来为各主机厂广泛使用。尤其多滑块多工位，其特性基本与高速线接近。

4 冲压自动线规划其他因素

冲压自动线规划是个比较复杂的过程，除了上面提到的，还有很多因素需要考虑。

4.1 是否采用同步技术

同步技术在冲压自动化领域的应用已经得到广泛的认可，它对提升生产节拍有着重要的意义。

传统的冲压自动化生产过程中，压机始终采用“单次”运行模式，下料手需等到压机完成整个冲压循环滑块回到上死点停止后才开始动作，上料手（上料机械手/机器人）需等下料手退出压机工作区域后开始启动，而压机滑块又需等下料手完全退出压机工作区域后再开始下行，每个循环周期较长，从而直接影响整线生产节拍。

同步技术是指生产过程中，压机采用“连续”运行模式，通过精确的计算，让上下料手和压机滑块“同步”启动，下料手在滑块回程上行到一定角度（回到上死点前）后便开始取件，上料手在滑块下行到一定角度前完成送件，在保证整个过程不出现干涉的情况下完成取送件动作。同时为了保证下料手在完成取件后有足够的时间将工件送入下道工序，相邻两台压机滑块运动过程中始终保持合理的相位差，从而让上下料手可以工作的周期相对加长。

尤其对于大批量大型覆盖件冲压生产而言，高速冲压自动线加同步技术比包括单滑块多工位在内的其他方式有更为明显的优势。

4.2 压机重点参数——滑块行程

生产线规划时，要考虑的压机参数很多，其中滑块行程直接影响自动化实现的可行性及难易程度，在规划时需重点关注。

滑块行程的选择，与需要生产的冲压件的拉延深度、端拾器的高度等直接有关。规划时所确定的滑块行程，必须保证上下料手抓取工件水平运动过程中端拾器与上模最低点及下模最高点保持足够的安全空间。

由于大型覆盖件的拉延深度大多超过200mm，所以，大型高速冲压自动线的压机滑块行程一般在1000mm以上。

4.3 模具及端拾器的结构形状

为了获得理更为想的干涉曲线，除了滑块行程、速度-加速度曲线等压机固有参数或固有特性需要重点考虑外，模具及端拾器的结构形状，也应纳入考虑范畴。合理的模具及端拾器结构，能够有效弥补自动化方面存在的不足，从而提高冲压自动化生产的可行性。

此外，模具设计时还应考虑以下内容：同一生产线模具闭合高度相差不宜过大（最好一致）；下模尽可能装有制件到位传感器；模具安装槽的位置尽量统一（可以减少自动夹紧器的数量，降低成本）；废料能够顺利排出工作台外（部分排料困难位置加冲顶装置）；成型类模具配备制件顶松装置（如弹顶销或顶出气缸）和避免出现较大的斜楔机构，尽量多采用旋转斜楔。