沖壓廠對(duì)未來(lái)沖壓裝備的需求及先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用

文/薛盛智，盛倫旺，趙樹(shù)林·奇瑞汽車(chē)股份有限公司

沖壓廠對(duì)未來(lái)沖壓裝備的需求及先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用

文/薛盛智，盛倫旺，趙樹(shù)林·奇瑞汽車(chē)股份有限公司

沖壓裝備是汽車(chē)工業(yè)的基礎(chǔ)重要裝備，在世界范圍內(nèi)備受各方密切關(guān)注。采用現(xiàn)代化的沖壓設(shè)備生產(chǎn)工件，具有效率高、質(zhì)量好，無(wú)切屑、加工成本低的特點(diǎn)。

沖壓裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)沖壓裝備的現(xiàn)狀及差距

⑴生產(chǎn)企業(yè)分布。目前我國(guó)鍛壓機(jī)械行業(yè)銷(xiāo)售收入在1000萬(wàn)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(chǎn)品種類(lèi)。生產(chǎn)機(jī)械壓力機(jī)的企業(yè)占40%以上，生產(chǎn)液壓機(jī)的企業(yè)占15%，生產(chǎn)剪切、彎曲、校正設(shè)備的企業(yè)占30%左右，生產(chǎn)其他鍛壓設(shè)備的企業(yè)占15%。

⑶存在的問(wèn)題與差距，主要體現(xiàn)在：在整體可靠性、安全性、宜人性、精細(xì)性等方面有著明顯差距；總量供給能力很強(qiáng)，但以低中檔為主；不能全面符合國(guó)際主要安全標(biāo)準(zhǔn)；控制水平低、自動(dòng)化程度低；主要差距是可靠性，整體自動(dòng)化程度、關(guān)鍵核心技術(shù)的自主研發(fā)能力和速度，產(chǎn)品的宜人性、產(chǎn)品的精細(xì)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(jī)規(guī)劃大體分四個(gè)階段。

第一階段：建廠～2002年，結(jié)合沖壓工藝要求，首臺(tái)壓力機(jī)采用雙動(dòng)內(nèi)/外滑塊模式，內(nèi)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(chē)間生產(chǎn)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(tái)壓機(jī)噸位達(dá)到2000t，雙動(dòng)、單動(dòng)各1臺(tái)，這是第一次規(guī)劃單動(dòng)壓機(jī)；規(guī)劃壓機(jī)主電機(jī)采用直流變頻控制，取消微調(diào)電機(jī)，改由主電機(jī)變頻調(diào)速控制微調(diào)動(dòng)作；壓機(jī)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(tái)壓機(jī)噸位達(dá)到2400t，全部為單動(dòng)壓機(jī)；主電機(jī)交流變頻調(diào)速控制；采用濕式離合器制動(dòng)器、數(shù)控液壓墊、安全PLC等新技術(shù)；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(dòng)化線；首次應(yīng)用了伺服調(diào)試壓力機(jī)；多工位生產(chǎn)線得到推廣。

⑵奇瑞公司自動(dòng)化線規(guī)劃分機(jī)器人與機(jī)械手2大類(lèi)，見(jiàn)圖2、3。

圖2 機(jī)器人

圖3 機(jī)械手

機(jī)器人上下料機(jī)構(gòu)一般使用載重量為100～140kg的大型沖壓專(zhuān)用工業(yè)機(jī)器人，因其柔性化較大，任何結(jié)構(gòu)的模具，機(jī)器人皆可上料、取料。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展成熟且易于維護(hù)，機(jī)器人上下料結(jié)構(gòu)已經(jīng)越來(lái)越成為舊生產(chǎn)線改造及預(yù)算不充裕廠家的首選。機(jī)械手快速送料機(jī)構(gòu)是近十年逐漸興起的，技術(shù)已成熟，在速度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，所以能夠和高檔壓力機(jī)緊密結(jié)合，在未來(lái)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(dāng)前，汽車(chē)生產(chǎn)的沖壓線必須具有安全可靠、高效率、高精度、高柔性的特點(diǎn)，同時(shí)必須更加節(jié)能環(huán)保。隨著新車(chē)型的不斷推出，對(duì)沖壓設(shè)備的要求也越來(lái)越高，如設(shè)備噸位、拉延精度、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保等，同步?jīng)_壓自動(dòng)化生產(chǎn)線、大型多工位壓力機(jī)、伺服壓力機(jī)是當(dāng)今大型沖壓裝備的發(fā)展趨勢(shì)。

同步?jīng)_壓生產(chǎn)線

同步?jīng)_壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要特點(diǎn)是：同步?jīng)_壓生產(chǎn)線每分鐘可生產(chǎn)12～15個(gè)工件，加工速度是手工送料生產(chǎn)線的3～4倍，是機(jī)械手或機(jī)器人單機(jī)聯(lián)線自動(dòng)生產(chǎn)線的1.5倍，大大提高了沖壓件的產(chǎn)量，同時(shí)可以減少汽車(chē)車(chē)身零件的半成品庫(kù)存量和相應(yīng)的資本積壓。

多工位壓力機(jī)

多工位壓力機(jī)的主要特點(diǎn)是：同時(shí)具備落料、沖孔、沖槽、拉延、成形等功能，能夠提高生產(chǎn)效率，減少占地面積并降低成本。與多臺(tái)單機(jī)工作方式相比，多工位壓力機(jī)可以省去輔助及工序間的檢查、搬動(dòng)、堆放。隨著設(shè)備結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)、微電子技術(shù)的發(fā)展和工藝范圍的逐步擴(kuò)大，表現(xiàn)出逐步取代中、小型自動(dòng)沖壓線的發(fā)展前景。

圖4 同步?jīng)_壓生產(chǎn)線

圖5 多工位壓力機(jī)

伺服壓力機(jī)

伺服壓力機(jī)是利用伺服技術(shù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)金屬鍛壓成形工藝的一種新型機(jī)床，具有高效性、高精度、高柔性、低噪環(huán)保等特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了綠色制造中的節(jié)能、降噪的先進(jìn)思想，使得該設(shè)備的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，在成形工藝中的運(yùn)用也將愈發(fā)重要。伺服壓力機(jī)省去了飛輪、離合器等零部件，簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)，大大降低了噪聲，可維護(hù)性強(qiáng)。滑塊運(yùn)動(dòng)特性可以優(yōu)化，如拉深、彎曲時(shí)，適當(dāng)?shù)幕瑝K曲線可減少回彈，提高制件精度。

同時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)能很好地滿足一些新材料的成形工藝要求。因?yàn)椴捎昧藬?shù)字化控制，人機(jī)界面友好，可以方便進(jìn)行滑塊曲線設(shè)定、滑塊位置、速度的顯示和記錄，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，設(shè)備安全性更高。

圖6 伺服壓力機(jī)

先進(jìn)制造技術(shù)在未來(lái)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用

柔性制造

柔性制造技術(shù)集自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制造加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程，在計(jì)算機(jī)及其軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的有機(jī)系統(tǒng)。機(jī)器柔性，是指系統(tǒng)的機(jī)器設(shè)備具有隨產(chǎn)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(duì)象或原材料的變化確定相應(yīng)的工藝流程；產(chǎn)品柔性，是指產(chǎn)品更新后系統(tǒng)不僅對(duì)老產(chǎn)品的有用特性有繼承能力和兼容能力，而且還具有迅速、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；生產(chǎn)能力柔性，是指當(dāng)生產(chǎn)量改變時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)作出反應(yīng)而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行；維護(hù)柔性，是指系統(tǒng)能采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)行；擴(kuò)展柔性，是指當(dāng)生產(chǎn)需要時(shí)，可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、增加模塊，構(gòu)成一個(gè)更大的制造系統(tǒng)。

柔性制造的特點(diǎn)是：柔性生產(chǎn)線幾乎無(wú)停工損失，設(shè)計(jì)利用率高；具有高質(zhì)量、高可靠性、高自動(dòng)化和高效率；縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、制造周期；可減少工廠內(nèi)零件的庫(kù)存，減少工藝裝備開(kāi)發(fā)成本；減少工人數(shù)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

汽車(chē)輕量化

汽車(chē)在給人類(lèi)生活帶來(lái)方便的同時(shí)，也產(chǎn)生油耗、安全和環(huán)保三大問(wèn)題。如何應(yīng)對(duì)這三大問(wèn)題，行業(yè)各方面都提出了相應(yīng)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(chē)行業(yè)一致認(rèn)為，汽車(chē)輕量化是滿足上述三個(gè)法規(guī)的有效手段和方法。汽車(chē)輕量化的主要途徑：一方面是材料，大量使用高強(qiáng)鋼及先進(jìn)高強(qiáng)鋼，如鋁合金、鎂合金、非金屬（碳纖維增強(qiáng)材料）等輕量化材料。可以大大增加車(chē)身的強(qiáng)度，降低車(chē)身自重，同時(shí)也降低了油耗；另一方面是工藝方面，針對(duì)汽車(chē)車(chē)身的成形工藝，涉及到的輕量化制造技術(shù)包括：

⑴先進(jìn)成形技術(shù)，包括內(nèi)高壓成形、熱沖壓成形、輥壓成形等。

⑵制板技術(shù)，包括激光拼焊、變截面輥壓軋制等。

⑶連接技術(shù)，包括有鉚連接、無(wú)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(dòng)機(jī)，這是電氣一代；數(shù)控化是指機(jī)床＋計(jì)算機(jī)，這是數(shù)控一代；智能化是指數(shù)控機(jī)床＋智能控制，這是智能一代。智能制造通過(guò)智能控制，可以實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化，具有豐富軟件的裝備價(jià)值提升30%～300%。

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

增材制造（3D打印）

增材制造（3D打印）是以虛擬制造為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)“無(wú)模”制造，常用在模具制造，工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型。現(xiàn)逐漸用于產(chǎn)品的直接制造。某些領(lǐng)域，應(yīng)用三維打印技術(shù)具有特別優(yōu)勢(shì)，如單件、定制、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)，還有一些高價(jià)值的產(chǎn)品。在汽車(chē)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可應(yīng)用于車(chē)身的再制造、模具的改造、刀具的改造、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的改造等方面。

增材制造（3D打印）的特點(diǎn)是：數(shù)字化、無(wú)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(wú)關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更具優(yōu)勢(shì)；加工周期短，成本低。成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期節(jié)約70%以上；高度技術(shù)集成，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化。

結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)汽車(chē)裝備的蓬勃發(fā)展，使一般沖壓設(shè)備基本滿足國(guó)內(nèi)汽車(chē)業(yè)的需要。但是隨著汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，不斷提高生產(chǎn)規(guī)模的需求在加大，對(duì)快節(jié)奏、高生產(chǎn)率自動(dòng)化生產(chǎn)線的需求提到日程，工藝、設(shè)備、模具、配套裝備及管理等高科技技術(shù)已經(jīng)在有準(zhǔn)備的走向市場(chǎng)，由此對(duì)于適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的柔性沖壓線需求就更為迫切。