汽車沖壓自動化生產線的案例
汽車沖壓自動化生產線規劃及注意事項
一、實現沖壓自動化的意義
傳統的人工生產線，雖然在建設初期投入相對較小，但隨著市場需求的擴大，其固有的效率低下、產品質量穩定性較差等缺點越來越影響企業的發展。自動化生產線恰好可以讓這些問題得到解決。較高的生產效率、穩定的產品質量以及規模生產條件下更低的單件生產成本，正是自動化沖壓生產線的優點，尤其對大型車身覆蓋件生產而言，這些優點更為突出。因而，現今主機廠一般在大型沖壓生產線規劃初期，就會直接考慮采用自動化。
二、沖壓自動線的組成
就設備組成而言，沖壓自動線一般包括壓力機和自動化系統，這里主要談談自動化部分。沖壓自動化系統通常包含
拆垛系統、自動傳輸系統和線尾出料系統。
圖1
1.拆垛系統
一套完整的沖壓自動化拆垛系統主要包括2臺軌道移動式上料小車（每個上料小車上配備4～8個活動可調磁力分張器通常為永磁鐵，用于板料的分離）、拆垛手（機械手或機器人）、傳送裝置（多為磁性皮帶機）、板料清洗機（選項）、板料涂油機（選項）、板料對中臺及控制系統等組成，具體如圖2所示。
展開 淺析集煙罩人工沖壓生產線自動化改造
現狀分析
沖壓工藝是廚電行業最重要的工藝之一，隨著廚電行業的飛速發展，行業內的競爭、人工成本的不斷增加，企業降本的壓力逐年加劇，帶動了沖壓自動化技術的快速發展。多數傳統的人工手動作業方式，已逐漸更新為自動化的作業方式。為提升人工沖壓線生產效率、優化成本，對人工沖壓線進行自動化升級改造，在對傳統的人工手動沖壓作業生產線改造時，需本著提升制造技術水平。重點提高沖壓線輸送系統的自動化程度，提高勞動生產率，減少作業人數，改善人工勞動強度，保證生產的安全性，降低制造成本。
全面掌握現有生產設備及產品工藝的各種數據，諸如生產線基本配置、壓力機對自動化適應程度、壓力機間距情況、物流方式等，是生產線自動化改造工作開始的基礎。另外，還需對在線生產產品做全面剖析，是否適合自動化生產、是否需要對現有加工工藝調整、是否需要對專用工裝進行調整改造等。綜合以上設備與產品工藝，制定成本最優改造方案。
現有設備分析
圖1 集煙罩人工沖壓線
圖2 產品的沖壓工序
以方太電器工廠集煙罩人工沖壓線為例，如圖1所示。根據現場場地與產品工藝布置生產線。集煙罩產品生產工藝根據產品型號不同需要10 到11 道沖壓工序。所以，生產線的布置將以最多工序為標準設置設備數量。11 臺壓機設備由于場地限制無法按照傳統模式一線排開，現場采用分段模式，用過渡的高空輸送線將產品流進行連接，實現連線生產。整線生產配置作業人員13 名。壓機間產品物流采用滾筒線的形式單個連續傳輸。現有人工生產模式生產線，是單臺設備形式上的擺放在一起，無法實現整線的自動生產。
產品沖壓工藝分析
根據產品特點在產品開發階段確定了產品的沖壓工序，如圖2 所示，一般的集煙罩產品分為10 道工序。結合上述生產線的排布，M1、M2 工序為前兩臺設備生產，不與后面的生產設備在一條線上。
展開 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。考慮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。
展開 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。考慮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。
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【專業知識】沖壓生產線的自動化方式到底該如何選擇？？專業！
自動化沖壓生產線主要有：級進模沖壓、多工位沖壓、串聯沖壓，因其各自所具備的特點，被應用于生產不同的汽車鈑金制件，以其各自獨有的優勢，在汽車自動化、高效生產系統中發揮著巨大作用。對此3 條沖壓自動化生產線各自特點進行對比及分析，依據其特點，對生產線的選擇方式進行說明。故可方便各企業結合自身制件特點，在自動生產線的選擇方面作以參考。
隨著汽車產業的迅猛發展，造車四大工藝沖壓行業也隨之蓬勃發展。為適應不斷增長的產量，各種自動化生產線應運而生，并隨著不件產品的特征需求，被賦予不同的生產方式。為方企業根據自身產品特點選擇不同的生產方式，文章對常見的沖壓自動化生產線進行分類：級進模沖壓、多工位沖壓、串聯沖壓，并對各生產線特點及選擇方式作以簡要剖析。
沖壓自動化生產線的選擇因素
一般綜合考慮以下因素來選擇沖壓生產線的種類。
（1）產品材質：包括材料種類、成形性能、硬度等，來衡量選用卷材或者料片成形。
（2）材料厚度：協同材質一同考慮來選擇沖壓機床噸位，以及送料機構的配套形式。
（3）月供需量：評估產能，確定生產節拍，權衡選擇自動線種類。
（4）沖壓產品體積及造型難易程度：通過造型復雜度及產品質量要求標準，綜合考慮模具設計方式及對應沖壓自動化生產方式。
展開 汽車沖壓生產線清潔度管控方法
提升沖壓生產線的線體清潔度對零件的一次下線合格率有著十分重要的作用。如何去提升線體清潔度則是一個復雜的問題，需要從多方面去共同管理提升，鋼板的清潔度要進行管控，拆垛臺、吸盤、皮帶機要做到日常清潔，清洗機的清洗油要定期進行檢測，模具生產使用前要進行模腔擦拭，模具維護保養完成后及時清洗。
汽車行業的沖壓車間有著一條或多條規模較大的自動化生產線，主要由壓機、模具、鋼板三大要素組成。生產線的停機問題除了壓機和模具的故障停機外，最主要的停機問題就是零件表面出現凹坑凸包所造成的停機，如圖1 所示，根本原因為線體內的清潔度不高，異物出現在板料和模具上，造成零件出現凹坑凸包。生產線的清潔度主要從鋼板清潔、線首設備清潔、模具清潔、異物分析查找四個方面加以保證。
圖1 凹坑凸包
鋼板清潔
鋼板清潔主要從兩方面進行，分別是鋼板加工中心的清潔度管控和現場拆包檢查清潔。
鋼板加工中心的清潔
鋼板加工中心在生產外板件鋼板時必須要配備清洗機，如圖2 所示，從源頭控制清潔度。但是通過對多條新建生產線的觀察，發現目前主流的生產線有一個弊端，那就是清洗機放在剪切落料之前，后半段的鋼板輸送線是內外板共用，這就無法保證外板件鋼板處于一個整體全面干凈的輸送線，如圖3 所示，所以一般會要求對輸送線進行定期全面清潔。同樣，清洗機的維護保養工作也不能流于形式，尤其是清洗油和過濾濾芯的定期更換是重中之重，至于更換頻次還要根據生產使用的時間頻次進行評估。
圖2 清洗機
圖3 輸送線
線體上如果有毛刷和滾輪，生產中毛刷掉毛會粘到鋼板上、滾輪磨損會有碎屑落在鋼板上甚至劃傷鋼板，因此需要對毛刷和滾輪進行定期檢查更換。線體四周必須加以隔離防護，防止外圍空氣、灰塵污染。
展開 接頭鍛造自動化生產線簡介
結束語
該接頭的自動化鍛造生產線實現了整個鍛造過程的自動化，解決了鍛造招工難的問題，使產品質量得到了穩定，使生產時間得以延長。但自動線的投入，也面臨著新的問題，需要我們的后防力量足夠強大，能夠快速解決隨時發生的故障，包括機械、電器和自動化等方方面面。模具壽命有待提高，要保證連續使用5 個班以上。產品要有量，減少品種更換次數。為了能夠在幾年之后還活下去，擺脫無人干活的困境，這些自動化方面的困難是我們必須去克服解決的。另外需要注意的是，計劃上新自動線時，如何保證整體方案可行，能夠順利投產是非常關鍵的，設備供應商可能為了攬到業務，會答應用戶的各種要求，其中的一些細節考慮的可能不是很到位，工藝過程也不如用戶熟悉，他能不能最終把存在的問題解決好，就成為了一個問號。所以在上項目時，我們必須要雙方共同探討具體方案，把我們的工藝過程中存在的難點和問題詳細溝通，供方也要毫無保留的介紹應對措施，也許只有這樣才能取得滿意的結果，確保項目的最終成功，當然這也只是我們的一點淺見，不當之處，還請指正。
展開 自動化鍛造生產線的控制分析
重型汽車前軸鍛造生產線由于涉及設備較多，工序較長。而實現此類生產線的自動化控制，則需要處理的信息量較大，過程繁瑣。下面以前軸鍛造為例，對自動化鍛造生產線的控制進行分析。
前軸鍛造工藝過程與生產線主要設備配置
前軸鍛造的工藝過程為：料段加熱、輥鍛制坯、壓彎、預鍛、終鍛、切邊、校正。
圖1 前軸鍛造工藝過程流程圖
所需設備為：中頻感應電爐、φ930mm自動輥鍛機、120MN熱模鍛壓力機、16MN切邊壓力機、20MN液壓校正機、機器人及石墨站、毛邊輸出鏈、鍛件輸出懸掛鏈等。其他必備的壓縮空氣、水（軟化水、自來水）、電、天然氣等。
實現鍛造生產線自動化的條件
前軸鍛造生產的步驟:人工上料→感應加熱→輥鍛機自動輥鍛制坯→壓彎→預鍛→終鍛→切邊→校正。
生產線區域劃分
為簡化通訊便于控制，對生產線進行區域劃分：⑴電爐區域，該區域包括人工上料、中頻電爐，屬于半開放區；⑵輥鍛區域，該區域包括自動輥鍛機及機械手、1號機器人；⑶鍛造區域，鍛造主機、噴淋機器人及石墨站、2號機器人、4號機器人；⑷切邊區域，切邊壓力機、5號機器人；⑸校正區域，20MN液壓校正機、6號機器人；⑹懸鏈區域，毛邊輸送鏈、鍛件懸掛鏈。
自動化控制的初始條件
自動化控制的初始條件如表1所示。
展開 自動化鏈軌節鍛造生產線
生產過程的自動化消除了人為因素對生產效率及產品質量的影響，提高了產品的穩定性和一致性。但同時，企業應注重建設一支高素質的自動化設備保養維護團隊，保障自動化裝備的穩定運行，提高設備綜合利用率。
——本文選自《鍛造與沖壓》雜志2017年第19期
來源：鍛造與沖壓公眾號，版權歸作者所有
自動化鍛造生產線過程特性淺析
(2)針對自動化生產線生產節拍快的特點，現場工作人員更應注重預防性參數確認、維護和點檢，減少事后檢驗，從而避免較高的成本損失。
——文章選自《鍛造與沖壓》2022年第13期
小型沖壓件全流程自動化生產模式探究
小型鈑金沖壓件沖速較高，但沖壓件鉚接、鉚接件預裝生產效率較低，存在不平衡現象，進而使得公司在接地片組件生產上人均效率極低。
⑵加工浪費嚴重。沖壓、鉚接分工序進行存在一定的加工浪費，隨著家電行業的不斷進步，越來越多的企業開始思考如何實現 “模內鉚接”以消除此浪費。
⑶庫存浪費。多工序生產效率不均衡會造成公司半成品庫存浪費，同時衍生出場地利用率低等問題。
⑷產品不良率高。在接地片組件零件等小型鈑金件生產過程中，人工生產的落后方式會使得漏鉚、漏打釘等問題嚴重，產品一致性難以保證，對后工序生產組裝和產品使用產生極大危害。
小型沖壓件沖壓和鉚接領域自動化生產模式
問題描述
上文剛剛提到，接地片沖壓件沖壓生產效率較高，但沖壓后人工鉚接工序、預裝螺釘工序效率極低。因此，根據生產線平衡分析，在接地片沖壓和鉚接工序上人員配置不合理，存在自動化水平低、浪費嚴重的特點，不符合精益化的生產思想。與此同時，人工壓鉚過程中，需要在利用壓鉚模進行鉚接工序生產，經現場測算發現，接地片鉚接半成品每班次僅有4000件的產出，員工勞動強度大，同時也對于人均效率、工時管控造成了一定困擾。
解決方案
小組對接地片產品結構及下掛零件進行仿真分析，探究其應用“模內鉚接”技術的可行性，最終經過大量的數據驗算，確定可通過開制具有“模內鉚接”的模具(圖6)進行沖壓、鉚接工序的合并，提高半成品的生產效率，以徹底取消人工鉚接作業。另外，模型針對接地片沖壓件、六角螺母參考半成品零件特性進行多工位設計和合理化的空間布局，進一步挖掘新型模具的半成品生產能力。
圖6 接地片模內鉚接模具展示圖
與此同時，針對“模內鉚接”技術屬性以及接地片鉚接具體應用，小組創新性地將“模內鉚接”部分(圖7)設計為兩大部分：送釘機構、鉚接機構。
展開 
生產五金沖壓件的自動化設備特點介紹
在加工五金沖壓件中最主要的的設備就是壓力機，壓力機包括人工上下料和自動化上下料兩種方式，自動化上下料設備比人工上料設備專業性強、生產率也高；
隨著社會的發展，現代五金沖壓件廠家對電氣控制技術的不斷提高，沖壓自動化技術也得到了飛速的發展，沖壓自動化技術在沖壓自動化設備中，由于控制性能要求高，動態響應快，大都使用包含多軸運動控制的伺服技術，
1、五金沖壓件自動化沖壓設備的機械機構主要由線頭上料小車、拆垛橫梁、支架、拆垛機、磁性分張器、清洗機、掃描儀、對中臺、五臺機械手和線尾皮帶機構組成；
2、電氣控制采用的是PLC控制，GUDEL的PC控制器是以WINDOWS和PC軟 PLC為基礎，控制器和各軸的運動控制是以完全數字化概念和矢量控制的交流伺服電機為基礎的；
3、與普通壓力的雙層網絡相比，自動化集成的網絡更加復雜，這不僅僅表現在網絡節點的增加，還另外增加了“雙道”傳輸的這樣一種模式；
展開 壓力機在沖壓自動化生產工藝中的應用
沖壓自動化生產工藝
在傳統的沖壓生產線中，前后設備間板料的搬運靠人工手動取放。隨著生產節拍的不斷提升，手工取放料不但無法滿足高節拍的需求，還帶來了安全隱患。由于人員專注于取放料速度的提升，忽視了設備運動的危害，經常出現設備壓到人手致傷致殘的事故。因此，代替人工操作的機械手自動化生產線應運而生。
自動化生產，即采用設備代替人工實現前后壓力機間的板材運送。不但避免了人員受傷的風險，還提升了35%左右的生產效率。2005年之后，國內汽車生產企業沖壓零件的自動化生產技術，如雨后春筍般涌現，開啟了沖壓自動化生產的大幕。圖1所示為沖壓自動化生產線示意圖。
圖1 沖壓自動化生產線示意圖
壓力機主要生產工藝參數介紹
目前主流壓力機均為機械式封閉壓力機，可適用于薄板零件的沖裁、成形、彎曲、校正、淺拉伸等各種冷沖壓工藝。壓力機的工藝參數至關重要，不僅影響產品的成形質量，還對效率、成本甚至安全有很大影響。下面將就部分壓力機重要參數及精度進行簡單闡述：
壓力機基礎
壓力機的基礎要承受壓力機的重量和抵抗開動壓力機時的振動力，并將其傳至基礎下的地基上。地基要以能夠可靠承受0.15MPa為前提。地基的強度由土建部門根據當地的土質進行設計施工。
混凝土基礎必須一次澆灌完成，中間不得間斷。基礎混凝土填實完畢后應立即將表面一次抹平，以后只準鏟平或磨平。考慮到防油的需要，基礎底部上平面應涂防酸水泥等作特殊防護。
基礎圖所提供的是基礎內部尺寸，為安裝壓力機所需的最小空間尺寸。其所用水泥標號、鋼筋的布置，基礎承載面積大小和基礎壁厚等與強度有關的指標，不能降低。要求基礎承壓能力大于1.95MPa。
導柱同步度
導柱：用于連接橫梁齒輪箱和滑塊，將齒輪箱減速后的運動傳遞給滑塊，進而實現滑塊的上下運動。一般有單點、雙點及四點式，即一個導柱、兩個導柱或4個導柱。
展開 如何提高沖壓件加工生產自動化程度?
沖壓件加工自動化的實現具有生產率高、占地面積小、操作安全、生產周期短、操作人員少、沖壓件質量高等優點，尤其是隨著大噸位的多工位自動壓力機的使用，與傳統的車身沖壓線相比，車間占地面積可以減小一半，生產率可提高50%，在提高生產效率的同時，還提高了沖壓件表面質量，減少了工人勞動強度；那么從哪些方面提高沖壓件加工自動化程度呢？下面來看一下；
1、沖壓件加工廠家要引進新的自動化加工設備，推廣應用數控沖壓設備、沖壓柔性加工系統，多工位高速自動沖壓機、機器人或機械手送料取件、機械化與自動化的流水線沖壓生產等；
2、單機聯線自動化的應用，單機聯線配置為5~6臺壓力機，配備拆垛、上下料機械手；穿梭翻轉裝備和碼垛裝置，安全性高，沖壓質量好，生產效率高達6~9次/min；
3、沖壓件加工可以使用大型多工位壓力機進行自動化連續沖壓生產。大型多工位壓力機由拆垛機、大型壓力機、工件傳送系統組成，生產效率可達16~25次/min;
4、充分發揮設備的生產能力，設備的壓力、壓料力行程次數，工作臺面積的利用率，以提高生產效率，用增加進出件的自動化或半自動輔助裝置，以提高行程次數的利用率；
展開 淺談綠色自動化鍛造生產線設計
防銹處理
彎曲檢查合格的工件通過機械手夾持到防銹槽中浸泡到防銹液中進行防銹，浸泡完成后用壓縮空氣吹干，然后再使用機械手將工件轉入下一工序，此工序為自動化作業。
裝箱入庫
機械手將防銹處理完成的工件夾持裝入成品料箱中，使用叉車將裝滿工件的料箱下線并進行入庫管理。生產線的工藝布置如圖3所示。
設備選型
鍛造生產線的基本工序中，能耗最大的為加熱工序，而生產自動化的瓶頸工序是熱鍛工序，因此為了實現綠色自動化鍛造的目標，尤其需要對這兩個工序的設備進行多方面的對比選擇。
表1 生產線各工步設備
圖3 生產線的工藝布置圖
加熱工序
加熱是熱鍛工藝中不可缺少的一環，加熱方法主要分為火焰加熱和電加熱。與火焰加熱相比，電加熱存在很多優點：升溫快、爐溫易控制、氧化和脫碳少、勞動條件好、便于實現機械化和自動化等。根據生產線綠色自動化鍛造的設計理念，加熱工序選用中頻感應加熱的方式，在節能降耗方面有明顯優勢。
熱鍛工序
產品要求的精度較高，生產方式為大批量的連續生產，同時為了實現建設自動化鍛造生產線的設計目標，鍛造主機選擇熱模鍛壓力機。生產線設備詳見表1。
該鍛造自動生產線除了以上主要設備外，還包括快速換模裝置（圖4）、脫模劑再生循環裝置（圖5）、自動集塵裝置（圖6），以及7臺機器人等設備。
圖4 快速換模裝置
圖5 脫模劑再生循環裝置
圖6 自動集塵裝置
結束語
該生產線以高智能化的主機輔以機器人及自動傳送帶為核心，利用信息網絡技術，使用總線的控制為主要方式，把生產線的設備完全連接在一起，形成自動化鍛造生產線，這是生產全面自動化的體現。
——來源：《鍛造與沖壓》2018年第19期
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