華工機械—自動化技術在沖壓生產線建設中的應用

沖壓自動化生產線是汽車覆蓋件沖壓生產的重要組成部分，在新建沖壓生產線的前期規劃中，要結合汽車覆蓋件的生產特點，合理規劃生產線的功能與主要設備。自動化生產線的優勢主要體現在生產節拍的提升、沖壓件成本的降低以及沖壓件品質的提高等。本文結合我廠沖壓生產線的建設，闡述了自動化技術的應用對于效率提升、質量提升以及成本降低方面的貢獻，供工藝設計人員參考。

生產線規劃和設備選型

自動化生產線規劃的背景

為適應產品設計大型化、集成化特點，滿足高標準產品質量、制造成本降低、安全環保及職業健康等多方面要求，工廠原有手工生產線無法應對，需新建大型自動化沖壓生產線來適應公司的發展需求。為此，規劃建設了一條應對大型零件生產的沖壓自動化生產線。

自動化生產線設備選型

沖壓車間的生產工藝主要有沖壓毛坯的生產和沖壓覆蓋件的生產，其他還有試模、模具維修、沖壓件返修、廢料輸送等輔助工作。

壓機設備的參數根據各車型零件的生產工藝確定，零件均在4序內完成沖壓，A、B、C各車型最大零件的沖壓力如表1所示。

根據上表沖裁力需求，為保障壓力機設備能力持有約10%的成形余裕度，首臺壓力機選型2400t，后續三臺壓力機選型1000t�？紤]車型零件品種數量較多，為了適應多規格品種零件的生產，增加生產線柔性，生產線搬運設備選用機器人，線首拆跺、上料及線尾下料采用6軸機器人，線間傳輸采用直線7軸機器人。全自動沖壓生產線如圖1所示。

表1 零件沖壓成形/沖裁力需求分析表

圖1 1×2400t+3×1000t全自動沖壓生產線

生產線自動化技術應用亮點

伺服液壓拉深技術應用

傳統生產方式采取氣動拉深墊進行拉延平衡，無法實現靈活的設定和壓力的精確穩定，無法保證大型、深拉延件的穩定生產，經常會發生零件質量波動，開裂等現象，需要大量涂抹拉延油以維持生產，帶來了環境污染、涂裝后處理困難、零件起皺等一系列問題，部分零件只能通過氮氣缸彈簧壓料、雙動結構等模具設計來應對，但效果仍難以保證。

為滿足我廠A、B、C等車型超大型深拉延件穩定生產，根據工廠多年技術經驗的積累，尤其從A項目至C項目的工藝分析工作、同步工程工作形成的經驗積累，對深拉延件的成形過程，條件需求形成了一定的規范，最終經過技術研討，確定采用伺服液壓拉深技術配置新建設的沖壓自動化生產線。

首臺2400t多連桿機械壓力機，配置伺服液壓拉深墊；后序3臺為偏心式機械壓力機，具備全線自動換模功能，伺服液壓墊結構示意圖如圖2所示。

⑴驅動結構。驅動結構由四個活塞缸驅動布置在拉深墊頂罐的四角，通過獨立PLC編程控制各點的壓力值。從圖3車型前圍擋板CAE模擬結果可見，在零件基本對稱設計的情況下，4點式壓力輸出已可以滿足產品生產需要，不需中間輸出點，這一原則基本可滿足商用車大型覆蓋件生產。

⑵伺服液壓拉深技術的功能。

1)拉深壓力靈活設定。液壓拉深墊四點壓力單獨設定，數據可以存入壓力機控制系統的模具參數數據庫，在自動換模過程中與其他模具參數一起調出。

2)帶預加速的拉深。伺服液壓墊配置有預加速功能，在啟動預加速功能時，拉深墊在滑塊下降時不停留在上限位置，而是先于滑塊向下移動。在運行30mm后，滑塊趕上了拉深墊，繼續運行，形成反力，拉深過程開始。拉深墊的返回運動與滑塊同步或延遲回程，避免零件碰撞，方便取料，也可實現滑塊下死點保壓。液壓拉深墊在不使用預加速功能的情況下，部分區域板料變形率不足如圖4所示。在拉深過程中增加預加速功能后，板料變形變得相對均勻如圖5所示。

預加速功能目前無法使用CAE方式進行模擬，我們通過參數置換等方式粗略模擬這種情況，該功能會提高生產的穩定性，拉延變形效果更均勻，最終根據壓力機參數曲線完成預加速參數設計。

3)生產參數數字化控制。液壓驅動系統狀態與壓力機PLC連接，可實現設定、狀態監控、故障報警、數據實時反饋以及設定的生產參數調用等。采用伺服液壓拉深技術可提高拉延件穩定性，返修率降低10%，廢品率降低2%。對C車型部分零件而言，采用單動拉延設計、取消氮氣彈簧，可節約模具投入約100萬元。

自動化生產中板料上料對中系統

整線自動化包含線首、線間、線尾三個部分。線首通過采用視覺加機械對中系統，可有效提升可靠性和生產線柔性。線間配置的直線七軸機器人可大幅提升生產線節拍。線尾配置六軸機器人下料，在滿足下料需求的前提下，可降低投資成本。

⑴柔性化對中系統組成。

1)一套獨立安裝的拍攝和照明系統（圖6）。燈架安裝在防護罩上與壓力機等運動機構軟連接，落地支撐在車間地坪上，避免振動。燈具選用LED節能燈，拍攝區域照度800Lux以上，廣角高清攝像頭拍攝范圍2.5m×3m。

2)多條同步帶組合限位檢測的對中平臺。圖7所示對中皮帶采用10條圓形同步帶，單條獨立變頻驅動電機驅動，確保同步及到位準確，皮帶間隔300mm，間隔區域內安裝2組檢測開關，控制皮帶緩沖速度、停止。最前端設置翻轉擋塊，料寬大于300mm時，可防止板料送進過程意外飛出，主要用于調試階段工人的安全保護。底色采用黑色整塊2.5m×3m底板，與材料顏色形成對比，利于成像。

3)過渡工位。圖8所示過渡工位布置在前段清洗涂油機和對中工位中間，用于承接前段板料處理，此時運行速度與清洗機速度匹配，同時用于給對中工位及時送料，此時速度與對中工位匹配，確保及時送料和控制板料初速度，速度指令有整線PLC根據送料邏輯發送，一次示教后自動調用。

圖8 過渡工位示意圖

⑵柔性化對中系統優勢。

該系統采用組合式的對中平臺設計，確保板料到位精度，并適應任何形狀的板料。雙工位的對中設計，能有效確保整線上料節拍要求。圓形條式對中皮帶組合機械式檢測及可調式限位設計可準確保障板料的對中效果。

該系統與傳統機械式對中系統相比，減少了20組可調式限位機構，節約投資成本約20萬元。由于該系統的柔性化程度較高，可有效避免后期產品拓展時的設備改造和報廢。

零件柔性搬運系統

零件在壓力機之間的搬運采用直線7軸機器人，其技術優點總結如下：

⑴工件在生產過程中始終保持平行移動，無須旋轉。這有益于提高工件在上下工序壓力機之間的傳遞速度，進而提高生產線的效率，尤其是在生產“整體頂蓋”等大型覆蓋件時，優勢更明顯。

⑵工件在上下工序壓力機之間傳遞時保持平行移動方式，可以使大型工件在較小的空間內傳遞，減小壓力機之間的間距，也就減少整條沖壓線在廠房內的占地面積，從而降低廠房的建設成本。

⑶采用直線七軸技術的機器人搬運系統適應性強，柔性化高。在該沖壓自動線上，小至“側圍內板”，大至“整體頂蓋”等沖壓件均可以全自動化高效生產。

⑷配合大型機器人，直線七軸裝置的有效負載能力強。在該沖壓自動線上，配置直線七軸技術的機器人選用的是ABB IRB7600 325/3.1型機器人，直線七軸裝置端部的負載能力可以達到90kg。減去端拾器和剛朵拉的重量，可以提供60kg的負載能力給沖壓件，這已經足夠滿足商用車覆蓋件的重量。

結束語

自動化技術在沖壓生產線中的應用已非常成熟廣泛，選擇適應公司產品規劃要求的工藝設備是首要考量的關注點，在選擇生產線設備及功能配置時，如何運用自動化技術減少投資費用、降低后期設備維護費用、降低產品廢品率，從而達到降低制造成本提升產品競爭力的目的，是我們應該重點考慮的問題。