三次元大型沖壓線體的研究與應用

文/張偉亮，關繼凱·格力電器(石家莊)有限公司

隨著沖壓技術的不斷發展、提升，在行業內呈現出了多樣性的沖壓方式，如小噸位單機連續模、大噸位單機連續模、小噸位工序模、大噸位工序模等等，其中在工序模自動化方面，又包含了連桿機械手自動線、獨立機械手自動線、機器人沖壓自動線以及三次元沖壓線等。近幾年三次元沖壓線在家電、汽車等沖壓行業來使用逐步增多，這種線體相比于機械手、機器人沖壓線，展現出了自動化程度高、生產效率高的優勢。

三次元線體通常包含壓力機部分、三次元機械手部分、送料機部分、廢料輸送線、自動夾模系統等五大部分。通常，為確保三次元可以使用卷料、片料兩種形式的來料，在三次元機械手前段配置雙工位片料站，同步可實現來料切換不停機生產，進一步提升效率(圖1)。

圖1 三次元大型沖壓線

三次元大型沖壓線

壓力機部分

以某品牌800t 壓力機為例，其設備整體尺寸高約11m，其中地面以上高度約8.5m，地面以下設備部分約2.5m；因此這種線體需要提前制作設備基礎，考慮設備投入使用后期，廢料線安裝、人員維保等，可以在設備下方繼續留出2.5m 的高度空間，即設備基礎凈深達到5 米左右；在我國南方，進行基建施工時，應考慮做好基礎防水工作。

影響沖壓自動線效率的一個關鍵因素，就是模具切換，換一次產品，需要換一次模具，普通的5 工序單工作臺壓力機的自動線，完成一次切換，通常耗時60 ～90min；因此三次元線體采用雙工作臺后，實現一備一用，可以大大縮短換模時間；在廠區空間以及行車高度充足的情況下，工作臺的進出方式可以采用“直線型”進出方式，這種結構簡單，便于使用；當廠區內空間和行車高度低于壓力機設備，無法覆蓋工作臺區域時，可以采用“L 形”方式，如圖2 所示。

圖2 工作臺采用“L 形”布局

三次元機械手部分

三次元機械手是以伺服電機、氣動執行元件、液壓驅動執行元件等作為動力源，通過各種傳動機構帶動氣動吸盤、磁性吸盤、夾爪等形式的端拾器抓取物料實現不同方向的運動，從而達到工件移送目的的機械設備。

以某品牌三次元機械手為例，其X 軸進給行程可以達到0 ～1200mm 可調，Y 軸夾緊行程可以達到0～400mm可調，Z軸提升高度可以達到0～300mm可調；生產頻率可以達到15 ～20 次/分鐘，機械手配備兩套主桿，分別安裝在壓力機的兩個移動工作臺上，可實現切換時自動裝夾；在壓力機工作臺面、模具臺面允許的情況下，可以實現多工序產品自動生產。在機械手工序前端，配置有一備一用片料站，以及片料上料機械手，可以實現片料方式的不停機生產。

送料機部分

三次元線體不同于普通機械手線體，來料往往需要為片料方式，普通的送料機是無法滿足的，因此需要配備帶有高頻剪床的送料機，以某品牌送料機為例，采用的是伺服剪送料機(圖3)，可以實現長度1000mm 的片料，每分鐘0 ～20 片的送料，因剪床運行頻率高，因此建議在剪床曲軸設置自動潤滑裝置，保障設備高頻運轉部位的潤滑保養。

圖3 伺服剪送料機

自動夾模系統部分

自動夾模系統目前在行業內使用比較廣泛，自動推進方式也較多，本線體采用的是氣缸式自行走夾模方式(圖4)。而本方案中，我司設計使用了上夾模自動夾模、下夾模手持夾模的方式，員工在備用工作臺上進行模具安裝時，可直接采用手持方式鎖緊下模，這部分時間往往不影響線體切換效率，工作臺進行切換時，采用一鍵自動夾模，快速完成切換夾模。

圖4 氣缸式自行走夾模

廢料輸送線部分

本方案采用廢料地下傳輸的方式，設置三個落料部分，在壓力機工作臺上，對應模具開有落料口；在工作臺兩側也分別設置落料口，同時在工作臺下焊接有導料槽，可以實現廢料的準確落入；本項目采用的是刮板式廢料線，結構較為簡單，且周邊廢料散落少，可以較好的保持設備周邊整潔度。在廢料線線尾，設置有三工位廢料收集箱，可實現箱滿自動切換，進一步提升線體自動化程度。

結束語

沖壓三次元線體已經較為成熟，它以高效率、高性能在行業內廣為所知，在實施項目時，可以根據生產產品、車間工況等因素，進行進一步的創新提升，這樣可以打造出與自身工廠匹配度、使用性更佳的線體。