楊龍成，趙 兵

（濟南二機床集團有限公司，山東 濟南 250022）

1 汽車沖壓行業(yè)發(fā)展概述

1.1 汽車沖壓行業(yè)現(xiàn)狀

近年來，中國經(jīng)濟保持中高速增長，居民收入與消費水平穩(wěn)步提高，中國汽車產(chǎn)銷量整體呈現(xiàn)增長態(tài)勢。根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2011～2017年，我國汽車產(chǎn)銷量不斷增長。截止到2018年，我國汽車產(chǎn)量為2780.9 萬輛，汽車銷售為2808.1 萬輛，銷量連續(xù)十年蟬聯(lián)全球第一。近兩年雖受外部環(huán)境影響，汽車產(chǎn)量有所下滑，但總體產(chǎn)銷量依然巨大。

1.2 汽車板材發(fā)展形勢

沖壓件是永久性的塑形變形零件，汽車中轎車的沖壓類零件占比在75%以上[1]，目前沖壓件需求量巨大。同時當代汽車正朝著輕量化、節(jié)能環(huán)保、耐腐蝕、節(jié)約成本和安全舒適等方向發(fā)展。為適應(yīng)發(fā)展需求，汽車板材目前形成不同品類的冷軋薄板，包括：為節(jié)能使用的高強鋼板和鋁板；為高成形性的深拉延鋼板；為提升汽車耐腐蝕性的表面鍍層鋼板；為提高汽車減震消音用的復(fù)合板等[2]。在當前階段，深拉延鋼板、表面鍍層鋼板、激光拼焊鋼板在車身中應(yīng)用最為普遍，高強板、鋁板、復(fù)合板則占比較小。

研究表明，汽車每減輕10%的質(zhì)量，相當于提高8%～10%的燃油效率[3]。因此，汽車輕量化已成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最主要趨勢。根據(jù)我國汽車輕量化規(guī)劃，我國2030 年整車重量將相比2015 年下降35%，由此帶來的沖壓材料發(fā)展如表1 所示。

表1 板料輕量化趨勢

2 壓力機發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

本文主要從目前常用的機械式、伺服兩種驅(qū)動形式出發(fā)，分析目前三種類型壓力機在汽車沖壓行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展。

2.1 機械壓力機

機械壓力機是用曲柄連桿或肘桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、螺桿機構(gòu)傳動的鍛壓機械。機械壓力機動作平穩(wěn)，工作可靠，廣泛用于沖壓、擠壓、模鍛和粉末冶金等工藝。

（1）根據(jù)機身機構(gòu)可將機械壓力機劃分為開式和閉式兩種[4]。開式壓力機機身呈C形，剛性較差，公稱力大多在40kN～4000kN，多用于小型零件。閉式壓力機機身為框架形式，剛性較好，公稱力大多在1600kN～60000kN，因此多用于大中型零件的生產(chǎn)。由于公稱力及使用可靠性，汽車外覆蓋件連線生產(chǎn)的壓力機目前采用閉式壓力機。

（2）根據(jù)應(yīng)用特點可將機械壓力機劃分為單動壓力機、雙動拉深壓力機、多工位壓力機、回轉(zhuǎn)頭壓力機、熱模鍛壓力機和冷擠壓機。如圖1 所示，由于汽車板材自身性能與特點，外覆蓋件類的板材多用大公稱力深拉延的單動壓力機。而立柱、保險杠類的零件常用多工位壓力機、熱模鍛壓力機。

圖1 汽車外覆蓋件和立柱類零件示意

目前國內(nèi)投產(chǎn)多為高速單動壓力機、多工位壓力機，這也和汽車產(chǎn)業(yè)目前規(guī)模大，板料材質(zhì)多為普通鋼板的現(xiàn)狀相對應(yīng)。

2.2 伺服壓力機

伺服壓力機在機械壓力機的基礎(chǔ)上，去除了飛輪和離合器等傳動環(huán)節(jié)，以交流伺服電機為動力，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運動。在伺服壓力機的設(shè)計制造中，德國、日本等工業(yè)強國處于領(lǐng)先水平[5-7]。德國以舒勒公司為代表，19 世紀開始研發(fā)，2007 年將樣機引入市場。日本以網(wǎng)野、會田、小松等公司為代表，均有產(chǎn)品投入市場。國內(nèi)研發(fā)制造起步較晚，濟南二機床集團有限公司2007 年研制出國內(nèi)首臺10000kN 伺服試驗樣機。

伺服壓力機更便于柔性控制，與傳統(tǒng)機械壓力機相比具有以下優(yōu)勢: 滑塊行程曲線可根據(jù)板料成形需求進行定制化設(shè)計，如圖2 所示。通過柔性控制滑塊曲線可以優(yōu)化模具閉合速度、加速度，從而降低沖擊，減小振動和噪聲，延長模具使用壽命，降低能耗。

圖2 伺服壓力機與機械壓力機滑塊曲線

伺服壓力機憑借自身性能優(yōu)勢，雖然國內(nèi)起步較晚，但隨著汽車板料需求的變化，伺服壓力機的研發(fā)應(yīng)用會得到進一步發(fā)展。

3 自動送料系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

目前國內(nèi)新車投放及舊車改型步伐不斷加快，周期越來越短。對于規(guī)?；?、高重復(fù)率的汽車沖壓產(chǎn)業(yè)來說，手工產(chǎn)線己經(jīng)無法滿足需求，以機器人或送料臂為主的自動化沖壓生產(chǎn)線應(yīng)運而生。目前一條自動化沖壓線可具備每年約10～15 萬輛汽車外覆蓋件的產(chǎn)能。

3.1 幾種主流的自動送料線

經(jīng)過多年發(fā)展，目前國內(nèi)對于汽車大中型沖壓零件的聯(lián)線設(shè)備需求主要有兩種：串聯(lián)式自動化沖壓線和多工位沖壓線。根據(jù)壓力機和自動化送料系統(tǒng)的不同，可將產(chǎn)線進行分類[8-9]，具體如表2 所示。

表2 的產(chǎn)線組合目前在汽車主機廠使用較為廣泛，也符合目前汽車行業(yè)規(guī)模大，更新快的特點。在規(guī)劃產(chǎn)線時，主機廠商往往會依據(jù)產(chǎn)能、投資成本、使用效率等因素在幾種主要方案中綜合考慮[10-11]。目前效率較高的產(chǎn)線適用的板材多為普通鋼板、鋁板、鍍鋅板、激光拼焊板，對于高強板、合金板、復(fù)合板等，受限于材料屬性，成形效率依然較低。未來隨著特殊板材應(yīng)用比例的加大，其成形設(shè)備的成形效率也會向著提高的方向發(fā)展。

表2 不同產(chǎn)線組合與特點

3.2 自動送料系統(tǒng)中新興技術(shù)的發(fā)展

隨著自動化送料系統(tǒng)智能集成程度越來越高，自動化技術(shù)的應(yīng)用也更加成熟與廣泛，近年來應(yīng)用的新興技術(shù)也越來越多。下面對幾種新興技術(shù)進行介紹。

3.2.1 成形板料自動在線質(zhì)檢技術(shù)

常規(guī)線尾在線質(zhì)檢是由人工利用紗網(wǎng)、油石等工具，對沖壓件表面進行輕微打磨，以檢驗成形件表面缺陷。但受限于人員經(jīng)驗以及視力，使得處于臨界狀態(tài)的缺陷難以被有效識別。

自動質(zhì)檢技術(shù)是基于光柵投射和攝像技術(shù)，以機器人為移動載體，對零件表面進行光柵線條投射，然后對反射光線進行拍攝取像處理。其可檢測出最小10μm 的隱傷以及最小1mm 的平面缺陷，單次拍照可覆蓋約200mm×300mm 的區(qū)域范圍。目前該技術(shù)在奔馳汽車德國不來梅工廠已有應(yīng)用，國內(nèi)只在離線抽檢應(yīng)用該技術(shù)較多。該技術(shù)目前仍受限于成像速度及處理算法，無法做到成形件全檢，只能以成形件關(guān)鍵部位全檢和全尺寸抽檢的形式進行。

3.2.2 線尾自動裝框技術(shù)

線尾裝框常規(guī)是由人工從線尾傳輸裝置上搬運成形板料至存儲料框，料框滿額后由叉車轉(zhuǎn)運至沖壓件存儲倉庫。隨著目前產(chǎn)線效率大幅增加，線尾裝框人員數(shù)量會相應(yīng)增加，無疑加大了生產(chǎn)廠商人工成本。

線尾自動裝框是利用機器人為機械載體，代替人工進行板料的抓取和放置。目前配置線尾自動裝框往往需根據(jù)產(chǎn)線效率、廠區(qū)布局來考慮機器人使用數(shù)量，由于機器人抓取對于板料位置精度要求較高，往往需要配置1～2 次的視覺取相來引導(dǎo)定位。

自動裝框后的料框可由人工轉(zhuǎn)運，也可配置AGV 進行轉(zhuǎn)運。自動化集成的AGV 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)可以實現(xiàn)裝框工位和沖壓件存儲倉庫有效信息交互，方便中央控制系統(tǒng)對于產(chǎn)線的實時控制與調(diào)整。

3.2.3 油膜自動在線檢驗技術(shù)

為滿足板料深拉延要求，板料和模具之間需要有潤滑層。因此板料在進行沖壓前需要由清洗機或涂油機在板料表面進行涂油。涂油量的大小一般在0.5～1.5g/m2。涂油過多會導(dǎo)致模具型腔積油過快、輸送皮帶積油過多，進而加劇設(shè)備維護頻率，而且也會造成油液浪費。因此，在板料涂油后會有人員定期使用油膜檢測儀器對板料表面油膜進行檢測。但這種檢測方式需要板料通過清洗涂油機后才能進行，也因此會造成產(chǎn)線停機。往往這種檢測間隔時間較長而且檢測覆蓋的板型較少。

在線式油膜檢測儀器的開發(fā)解決了以上問題，可以對成批次各類型板料油膜厚度進行實時監(jiān)測和統(tǒng)計。進而可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析有效調(diào)整設(shè)備參數(shù)，保證板料沖壓品質(zhì)。目前國內(nèi)外對于該技術(shù)都有應(yīng)用。

4 結(jié)語

汽車沖壓行業(yè)近年來取得長足發(fā)展。本文結(jié)合目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了現(xiàn)階段主要的壓力機以及自動送料系統(tǒng)品類，分析了目前設(shè)備的差異和特點。結(jié)合“中國制造2025”發(fā)展方向，闡述了當前先進技術(shù)自動化思路和方向。相信未來隨著技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，汽車沖壓產(chǎn)業(yè)會進一步發(fā)展。