沖壓車間規劃探討

文/李儉·東風商用車有限公司車身廠

沖壓車間規劃探討

文/李儉·東風商用車有限公司車身廠

本文以模塊化的思維方式對汽車車身沖壓生產車間規劃進行了介紹，同時也介紹了一些主要沖壓生產線技術特點和能力方面的情況，以期對同行們在做類似工作時有所幫助。

在板材加工業中，沖壓車間屬于投資最大的生產領域。由于其投資額高、所選定的生產設備使用周期長，所以在制訂投資和生產規劃時要求嚴謹、仔細。采用深拉深、變薄拉深和沖裁工藝生產工件的主要準則是工件的精度、模具壽命、設備的產量和可支配性。當然，生產中采取合適的傳感器進行不斷的質量保證措施可以對工件質量進行客觀的評價。

通常沖壓車間根據生產需求和工藝需求由不同的板材加工設備組成，沖壓車間設計的目標是盡可能經濟生產，設備的選型要與工件的尺寸、形狀、成形工藝技術及其他工藝技術要求匹配。本文將通過對汽車車身沖壓生產車間的規劃設計進行探討和介紹，闡述汽車沖壓車間模塊化規劃思想、原則和技術要點。

沖壓車間的生產工藝確定

工藝流程設定

在規劃沖壓生產車間之前，首先要明確零件的工藝技術特性，例如零件的大小、材料、成形工藝及分離工藝特點，結構件或者外覆蓋件等零件類型；同時需要根據生產零件的生產綱領及公司今后的相關生產戰略目標，確定沖壓生產工藝。典型的工藝流程圖如圖1所示。

圖1 沖壓車間工藝流程圖

功能模塊劃分

按照功能模塊化的方式對沖壓車間進行規劃設計，可以使我們的思路更加清晰。確定了沖壓零件的類型、工藝技術要求和生產綱領，就可以針對涉及到的功能模塊逐一地進行研討，研討各基本生產模塊和輔助生產模塊的主要設備選型，再詳細計算各輔助存放區模塊所需要的面積，最后確定出合理的功能模塊。功能模塊確定后，再根據平面布置模塊的原則，對功能區模塊按物流進行組合，最終確定出合適的平面布置方案。按照這個思路，就能輕松的做出整個沖壓車間的規劃，工作效率大大提高。圖2是典型的工藝模塊化布置的沖壓車間規劃布置圖。

沖壓車間的物流一般都是空中、地面、地下立體作業，各種物流方式規劃要點如下：

⑴空中。一般采用電動雙梁橋式起重機，用于模具、卷料、坯料或其他物件在各分區專用。

⑵地面。一般采用電動臺車、叉車、皮帶輸送機等，叉車用于沖壓件出庫、入庫、輔料轉運、檢具專用或坯料上料，電動臺車一般用于模具、坯料或其他物件在車間各分區之間的轉運，皮帶輸送機用于工件在工序間的轉運。當然，沖壓自動化線工序間的轉運是采用機器人、機械手等專業的自動化搬運系統來完成的。

⑶地下。一般采用廢料輸送機，安裝在壓機地面以下的地溝內，各沖壓線廢料通過地下輸送帶集中輸送到廢料處理間，打包后由汽車運走。自動化沖壓線必須配備廢料輸送線；國內很多手工沖壓線也有采用天車轉運廢料，分區間廢料采用電動臺車轉運。應該注意的是，車間建設時必須預留廢料輸送線的地溝，為今后手工生產線改造成自動化線提供可能性。

圖2 沖壓車間模塊化布置圖

車間各功能模塊介紹

如上文介紹，根據沖壓車間的各模塊的不同功能，可以將其分成基本生產模塊、輔助生產模塊和存放區域模塊。針對不同的沖壓零件生產車間規劃項目，都可以由這些模塊進行自由組合，只是每個模塊所包含的內容可以根據具體的項目情況進行合理的確定。

基本生產模塊

基本生產模塊主要分成兩類，一類是毛坯生產準備模塊，另一類則是沖壓零件生產模塊，每個模塊所包含的內容根據具體的生產要求進行合理的規劃?；旧a模塊決定了整個沖壓車間的工藝生產能力水平，同時由于投資大、周期長，所以要綜合考慮相關設備的高柔性、高效性及生產經濟性。

⑴毛坯生產模塊。毛坯生產模塊包含了沖壓所需毛坯的下料和準備工作等內容，為沖壓線生產提供合格的毛坯料。如圖2所示，其工作基本都在開卷落料線、剪切陣地及坯料輔助存放區完成，根據某些批量需要翻轉的需求，該區域一般相應安裝板料翻轉機等相關設備。至于選用何種下料設備則根據工廠的生產綱領及工藝技術能力需求決定。

橫向剪切線只能開卷生產矩形坯料，開卷落料線可以利用安裝在高速沖床上的剪切模具、落料模具、擺剪模具根據需求生產不同形狀的產品，其生產兼容性及柔性非常高。

目前，國內開卷落料線及剪切線主要以進口為主，國產為輔。全自動開卷落料線的生產效率非常高，開卷步距2m的生產節拍最高達50SPM，步距0.5m的生產節拍接近100SPM；由于開卷落料線的價格較高，所以在配置上需要充分考慮其經濟性，通常情況下，一條開卷落料線的產量可以匹配三條全自動機械式沖壓生產線的產量，所以沖壓車間規劃選配設備時應根據車間產品和生產綱領而定。

⑵沖壓生產線模塊。沖壓生產線是沖壓車間的核心模塊，決定了沖壓車間的整體工藝技術水平及生產能力。目前國內的沖壓生產線主要有以下幾種：

①人工操作沖壓生產線。由若干臺機械壓力機或油壓機組成，一般由一套大噸位的單動壓力機做線首單元，負責拉延成形，接著是較小噸位的壓力機完成后續修邊、沖孔、翻邊、整形等工序內容。也有個別汽車廠采用雙動壓力機做線首單元用于拉延成形，但是由于雙動壓力機效率相對較低，這種形式的沖壓線已經很少采用。

②自動化生產線。一般的沖壓自動化線以大噸位的單動壓力機做線首單元，接著是若干較小噸位的單動壓力機組成壓機生產線，采用機器人搬運系統做上、下料及工序件的傳輸，線首還可以設置清洗機、涂油機確保材料的清潔和潤滑。而橫桿式大型多工位壓力機設計以單臺壓力機組合在一起的模塊式結構為基礎，所有的傳動裝置都通過中心縱軸和中間離合器與壓力機總驅動裝置連在一起。因此，所有工位都同步動作，也就可以在與上模安全距離較小的情況下，采用貫穿前后的橫桿傳送裝置傳送工件，該橫桿傳送裝置可以滿足雙槽模具進行成雙零件生產輸送。比較先進的橫桿式大型多工位壓力機每一個工位都有一個單獨的滑塊和移動工作臺，這樣每一個滑塊以及其相應的模位高度、沖壓力和安全超載開閉力都可以單獨調整，對于模具生產調試也非常有利，相對于多套模具共用一個滑塊橫桿式工位壓機，這種形式的壓機行程次數高，壓機的利用率和經濟性更好，當然，一次性的投資也相對較大。

通過對比，可以得出：人工操作沖壓生產線雖然總投資低，但是工人勞動強度大，生產效率低，換模時間長；沖壓自動線能夠生產所有類型的零件，綜合來說零件總產量高，投資不是很大，換模時間也不是很長；橫桿式大型多工位壓力機能夠生產大型、不穩定零件，并能夠實現一模兩件生產，零件總產量高，占用面積小，換模時間短，但是總的投資比較大。

輔助生產模塊

輔助生產模塊包括模具維修及清洗、機器維修及廢料處理。隨著沖壓零件質量要求的提升和沖壓車間自動化程度的提高，模具維修及清洗、機器維修及廢料處理成為沖壓車間支撐生產的關鍵部分，越發受到重視。

⑴模具維修及清洗、機器維修模塊。此模塊用于設備和模具的日常維護和保養，常用設備有調試壓力機、研配壓力機、模具清洗機、各種常用的機加設備及熱處理設備等。

⑵廢料處理模塊。目前汽車生產廠家的通常做法是通過地下廢料輸送系統對沖壓車間的廢料進行收集，這樣避免廢料和沖壓件成品的物流交叉，造成車間物流混亂。典型的廢料處理系統由廢料滑槽、鱗板式輸送帶、廢料收集輸出裝置組成。

輔助存放模塊

沖壓車間主要的輔助存放區有材料存放區、毛坯存放區、沖壓件存放區、零件轉運區等，其中材料存放區和毛坯存放區與毛坯生產準備相關聯，模具存放區、沖壓件存放區和零件轉運區與沖壓生產聯系更為密切。

⑴材料存放區。沖壓生產的主要原材料一般有卷料和板料，考慮到庫存資金成本和材料的存放時效性，在滿足生產需求的情況下，應盡可能縮短存放周期和庫存量。

⑵坯料輔助存放區。此區域主要存放加工完成后的毛坯，存放量在滿足沖壓生產的同時，應適當考慮安全庫存。一般在開卷落料及剪切區會設置有坯料存放區，同時在沖壓線線首區域也可以設置一定的毛坯存放區，以滿足沖壓線的生產需要。運輸方式一般有天車吊運、臺車轉運及叉車轉運等方式。

⑶模具存放模塊。汽車生產廠家模具數量一般都非常大，一般情況下是層疊堆放，即按照模具大小分離疊放比較節省空間。通常，同零件、同車型的模具最好按生產線區域順序安放，模具轉運基本都是天車吊運，模具存放距離一般按500mm考慮，同時模具之間的過人距離一般按800mm考慮。

⑷沖壓件存放模塊。沖壓件一般存放在專門的工位器具內，通過叉車或者專業的堆垛機，按照“庫存量=存放周期產量+安全庫存量”的原則，在沖壓件倉庫內進行立體堆垛碼放。倉庫面積主要根據生產目標規劃。

⑸零件轉運區。零件轉運區是沖壓線生產和零件入庫的緩沖區和工位器具臨時安放區，其面積應根據生產線具體情況規劃，一般與零件種類和入庫物流速度有關。

檢測模塊

沖壓零件檢測一般設置有檢具檢測和三坐標檢測，所以需要在相應位置設置檢具陣地和三坐標檢測室。

鈑金維修區

鈑金維修是沖壓件生產的一部分，尤其是人工操作沖壓生產線，所以必須設置專門的鈑金維修陣地，并配備維修平臺和各種維修工具，以及相關的邊界條件。

輔助庫房及辦公生活區

輔助庫房主要是機器備件、模具及檢具專用備件、相關輔具以及相關生產輔料存放地，辦公生活區是作為工作人員辦公、休息的區域。

結束語

沖壓車間規劃的基本思路是首先明確生產零件的種類、工藝技術特點及生產綱領和公司規劃的戰略目標，然后根據需求規劃所涉及到的功能模塊，最好按照物流流暢的原則合理布置，最后綜合考慮車間的各種輔助區域，這樣，一個相對完整合理的車間規劃就基本成形，最后根據各模塊的工藝要求及邊界條件進行優化設計，最終完成車間的整體規劃設計。根據沖壓車間的生產目標需求，車間相關模塊是相應設置的，需要根據具體情況而定，本文主要是介紹沖壓車間規劃的一種模塊化思維，同時介紹一下主要生產模塊的技術特點和能力，使同行在做沖壓車間規劃時思路更加清晰，工作更加有效，方案更加合理。