現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)具有生產(chǎn)規(guī)?；?、車(chē)型批量小、品種變化快、多車(chē)型共線(xiàn)生產(chǎn)的特點(diǎn)，車(chē)身覆蓋件也隨之呈現(xiàn)大型化、一體化的特征，這些趨勢(shì)要求沖壓技術(shù)與設(shè)備不斷向柔性化和自動(dòng)化方向發(fā)展，高柔性、高效率的自動(dòng)化沖壓設(shè)備正在逐步取代傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線(xiàn)，成為世界沖壓生產(chǎn)的主流。詳見(jiàn)正文.

當(dāng)代汽車(chē)沖壓生產(chǎn)中，各種新型沖壓設(shè)備、先進(jìn)的機(jī)械化系統(tǒng)、新工藝及沖模、智能控制技術(shù)等被逐步采用，大大提高了沖壓生產(chǎn)效率和成品質(zhì)量，降低了大批量生產(chǎn)的成本。

現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)具有生產(chǎn)規(guī)?；④?chē)型批量小、品種變化快、多車(chē)型共線(xiàn)生產(chǎn)的特點(diǎn)，車(chē)身覆蓋件也隨之呈現(xiàn)大型化、一體化的特征，這些趨勢(shì)要求沖壓技術(shù)與設(shè)備不斷向柔性化和自動(dòng)化方向發(fā)展，高柔性、高效率的自動(dòng)化沖壓設(shè)備正在逐步取代傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線(xiàn)，成為世界沖壓生產(chǎn)的主流。

以下筆者將分別對(duì)沖壓設(shè)備、機(jī)械化系統(tǒng)、沖壓工藝及沖模、智能控制等方面的技術(shù)進(jìn)步及其應(yīng)用做介紹。

沖壓設(shè)備

長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)沖壓設(shè)備因其穩(wěn)定的生產(chǎn)條件保證了沖壓件的質(zhì)量，模具的使用也相對(duì)持久，但是缺乏靈活性是這一生產(chǎn)方式的明顯缺陷。集成化控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在壓力機(jī)上的應(yīng)用給沖壓生產(chǎn)帶來(lái)了更多的靈活性，大型多工位壓力機(jī)、柔性沖壓自動(dòng)線(xiàn)等設(shè)備正在改寫(xiě)沖壓生產(chǎn)的歷史。

1.集成化控制

為適應(yīng)柔性化的生產(chǎn)要求，壓力機(jī)的所有控制功能應(yīng)做到集成化，從而實(shí)現(xiàn)全套模具的菜單化管理，主要包括滑塊行程調(diào)整、平衡器氣壓的調(diào)整、氣墊行程調(diào)整以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)定。具有現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)、互動(dòng)操作性、分散功能模塊、開(kāi)放式功能的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是壓力機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具有明顯推動(dòng)作用。

壓力機(jī)控制系統(tǒng)的集成化可通過(guò)單一操作接口實(shí)現(xiàn)所有壓機(jī)和模具的各項(xiàng)控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開(kāi)關(guān)和模具監(jiān)控及調(diào)整等，并使設(shè)備的維修保養(yǎng)更加方便，而且明顯增加壓力機(jī)的有效工作時(shí)間。

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的用于轎車(chē)大型覆蓋件制造的大型沖壓線(xiàn)已經(jīng)達(dá)到了當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平(見(jiàn)圖1)，采用了多連桿精度優(yōu)化補(bǔ)償技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)全自動(dòng)模具快速更換技術(shù)、矢量交流頻調(diào)速主驅(qū)動(dòng)技術(shù)及多點(diǎn)液壓過(guò)載保護(hù)卸荷控制技術(shù)等，應(yīng)用Ethernet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可與生產(chǎn)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，具有遠(yuǎn)程通信和遠(yuǎn)程故障診斷功能，整線(xiàn)支持快速送料系統(tǒng)，每分鐘可生產(chǎn)10～14個(gè)轎車(chē)大型覆蓋件。

圖1濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)的3200t大型沖壓線(xiàn)

2.伺服驅(qū)動(dòng)

新型伺服壓力機(jī)采用了適應(yīng)性很強(qiáng)的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，將液壓機(jī)的靈活性與機(jī)械壓力機(jī)的高效率優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，企業(yè)可以為他們的用戶(hù)提供大小批量的各種不同的沖壓件，生產(chǎn)能力大幅提高。日本小松公司和德國(guó)舒勒公司相繼開(kāi)發(fā)并已生產(chǎn)出了這種伺服壓力機(jī)(見(jiàn)圖2)，目前在我國(guó)國(guó)內(nèi)，一汽豐田汽車(chē)公司和廣州豐田汽車(chē)公司已采用了這種設(shè)備。

圖2德國(guó)舒勒公司于2007年開(kāi)發(fā)的新型伺服壓力機(jī)

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)就是：電動(dòng)機(jī)直接與偏心曲柄齒輪相互連接，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以任意調(diào)節(jié)，從而可以任意地調(diào)節(jié)曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，任意加快或減慢沖壓速度。

伺服壓力機(jī)的另一大特點(diǎn)是匹配性很高。由于伺服壓力機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的，因此有可能在沖壓過(guò)程中實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)和沖裁力的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，使壓力機(jī)的工作曲線(xiàn)與各種不同的應(yīng)用要求相匹配。為了保證曲柄完成精確的運(yùn)動(dòng)，用戶(hù)可以通過(guò)減速拉延加工實(shí)現(xiàn)或者保持恒定的沖壓運(yùn)動(dòng)速度，這樣不僅可以提高板材加工的質(zhì)量，而且也可延長(zhǎng)模具的使用壽命。

伺服壓力機(jī)的轉(zhuǎn)速變化及控制經(jīng)過(guò)了合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且采用了集成化的模塊，按照模塊化結(jié)構(gòu)制造，如果不需要使用其伺服功能時(shí)，該機(jī)就可以像傳統(tǒng)壓力機(jī)一樣工作，保持恒定的功率和行程。

3.大型多工位壓力機(jī)

可進(jìn)行柔性沖壓生產(chǎn)的大型多工位壓力機(jī)代表了當(dāng)今國(guó)際沖壓技術(shù)的最高水平，是車(chē)身覆蓋件沖壓成形生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展方向。大型多工位壓力機(jī)集機(jī)械、電子、控制和檢測(cè)技術(shù)為一體，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、智能化，操作安全，生產(chǎn)率高，制件質(zhì)量高，綜合成本低，滿(mǎn)足了汽車(chē)工業(yè)大批量生產(chǎn)的需要。當(dāng)然，壓力機(jī)自身的技術(shù)和性能在近十多年的實(shí)踐中也在不斷完善和發(fā)展，如：拉伸工位采用變速多連桿機(jī)構(gòu)、數(shù)控液壓拉伸墊代替雙動(dòng)壓機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)的應(yīng)用等。

目前，歐洲和美國(guó)的著名汽車(chē)制造商采用大型多工位壓力機(jī)和橫桿式自動(dòng)壓力機(jī)大量生產(chǎn)車(chē)身覆蓋件(見(jiàn)圖3)，滿(mǎn)足當(dāng)代汽車(chē)沖壓件的最高精度和表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)目前尚沒(méi)有汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)采用大型多工位壓力機(jī)，其主要原因：一是設(shè)備的一次性投資較大；二是國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造商起步較晚，企業(yè)現(xiàn)有的沖壓設(shè)備尚在服役期，這也在某種程度上制約了我國(guó)汽車(chē)沖壓技術(shù)的提高。

圖3國(guó)外某汽車(chē)制造商采用的多工位壓力機(jī)

4.柔性沖壓自動(dòng)線(xiàn)

柔性沖壓自動(dòng)線(xiàn)大多由一臺(tái)雙動(dòng)拉伸壓力機(jī)或多連桿單動(dòng)拉伸壓力機(jī)和4～5臺(tái)單動(dòng)壓力機(jī)組成流水線(xiàn)，生產(chǎn)大型車(chē)身覆蓋件，安全性高，沖壓質(zhì)量好。生產(chǎn)線(xiàn)上布置自動(dòng)化上下料系統(tǒng)，由拆垛機(jī)、清洗涂油機(jī)、對(duì)中上料機(jī)、上下料機(jī)械手(機(jī)器人)、穿梭(翻轉(zhuǎn))傳送自動(dòng)輸送機(jī)組成，從毛坯的上料到?jīng)_壓件下線(xiàn)全部自動(dòng)完成。生產(chǎn)節(jié)拍最高為6～9次/min。整條沖壓線(xiàn)長(zhǎng)60～80m左右，約需6～7名操作工人。

有些企業(yè)采用的是國(guó)際先進(jìn)的高速緊湊型沖壓線(xiàn)，能快速提高沖壓機(jī)的生產(chǎn)效率。板料對(duì)中采用當(dāng)今先進(jìn)的光學(xué)攝像系統(tǒng)進(jìn)行定位。拉伸壓力機(jī)選用數(shù)控液壓拉伸墊，先進(jìn)的每個(gè)自動(dòng)化單元配一個(gè)機(jī)械手，省去了穿梭傳送裝置，縮短輸送距離，減少壓力機(jī)的間距，生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)10件/min。

隨著我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，汽車(chē)的外觀(guān)質(zhì)量及其內(nèi)在質(zhì)量成為各汽車(chē)制造廠(chǎng)家角逐市場(chǎng)的先決條件已是不爭(zhēng)的事實(shí)，因此，采用機(jī)械化、自動(dòng)化的生產(chǎn)方式進(jìn)行沖壓生產(chǎn)是提高汽車(chē)外觀(guān)質(zhì)量的最有效的途徑。

5.調(diào)試壓力機(jī)

大批量生產(chǎn)的汽車(chē)沖壓企業(yè)應(yīng)為每條大型沖壓自動(dòng)線(xiàn)配置調(diào)試壓力機(jī)，以縮短金屬成形模具的試模時(shí)間，提高大型沖壓線(xiàn)的開(kāi)動(dòng)率。

調(diào)試壓力機(jī)主要選擇液壓高速試驗(yàn)壓力機(jī)和拉伸機(jī)械壓力機(jī)，特別是在生產(chǎn)型機(jī)械壓力機(jī)上的模具試驗(yàn)時(shí)間可減少80%，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。試模機(jī)械壓力機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是采用配備了數(shù)控液壓拉伸墊、具有參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)記憶功能的多連桿拉伸壓力機(jī)。

機(jī)械化系統(tǒng)

自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的研發(fā)、沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的機(jī)械化改造、用于汽車(chē)側(cè)圍板生產(chǎn)的大型真空上料沖壓機(jī)床的制造促進(jìn)了汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展。

對(duì)于國(guó)內(nèi)汽車(chē)沖壓件生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，最有價(jià)值的技術(shù)提升集中表現(xiàn)在沖壓件的自動(dòng)化運(yùn)輸、自動(dòng)化傳遞裝置上以及在沖壓設(shè)備上料自動(dòng)化和以產(chǎn)品為導(dǎo)向的沖壓生產(chǎn)過(guò)程中。

由于在變形加工過(guò)程中液壓技術(shù)的極限不易突破，因此只能向機(jī)械自動(dòng)化要效益，而且不能僅僅在沖壓工藝過(guò)程中向機(jī)械自動(dòng)化要效益，應(yīng)當(dāng)也向沖壓工藝技術(shù)以外的領(lǐng)域要效益、向新的沖壓件傳送方式、向沖壓件下線(xiàn)方式要效益，向所有能獲得經(jīng)濟(jì)效益的領(lǐng)域索取效益。

新型的集成式快速傳送系統(tǒng)(見(jiàn)圖4)可為壓力機(jī)與壓力機(jī)之間直接傳送，生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)12～15次/min。機(jī)械手臂末端可自動(dòng)編程進(jìn)行角度調(diào)整，以適應(yīng)模具的型槽位置。在大型及特大型沖壓件的生產(chǎn)過(guò)程中，堅(jiān)固有力的沖壓件傳送機(jī)構(gòu)不僅可在大型工件沖壓和雙件沖壓(一次沖壓兩個(gè)成品)的生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用，而且也可以在汽車(chē)零部件生產(chǎn)過(guò)程中廣泛應(yīng)用。擺臂式?jīng)_壓件傳送系統(tǒng)將會(huì)給沖壓設(shè)備在快速更換模具方面以極大的支持和幫助，它實(shí)現(xiàn)了沖壓模具和工件的同時(shí)輸出，從而為實(shí)現(xiàn)多功能的沖壓生產(chǎn)線(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

圖4傳送系統(tǒng)

沖壓工藝及模具

在世界汽車(chē)產(chǎn)品變化多樣的時(shí)代，模具多樣化和模具更換周期短的特點(diǎn)變得尤為突出，同時(shí)對(duì)沖壓工藝技術(shù)提出了新的要求，帶來(lái)了汽車(chē)沖壓件生產(chǎn)加工工藝技術(shù)的變革。

1.沖壓工序數(shù)

汽車(chē)沖壓件具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，衡量其水平的重要標(biāo)志有沖壓件的工序數(shù)、車(chē)身總成的分塊數(shù)量和尺寸大小、沖壓件的結(jié)構(gòu)等因素。減少?zèng)_壓過(guò)程的工序數(shù)意味著減少?zèng)_壓件數(shù)、節(jié)省工裝數(shù)量、簡(jiǎn)化沖壓過(guò)程的傳送裝置、縮減操作人員和設(shè)備占地面積等，是節(jié)約投資及能耗的極佳措施，所以沖壓制造商都能把沖壓工序數(shù)設(shè)計(jì)作為降低汽車(chē)制造成本的重要途徑，甚至不惜改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足制造工藝的要求，同時(shí)還采用盡量大尺寸的合理的車(chē)身總成分塊，如整塊式車(chē)身左右側(cè)板及車(chē)頂蓋板，既可使汽車(chē)外形更加美觀(guān)實(shí)用，減少空氣阻力，又可減少?zèng)_壓件數(shù)量及焊點(diǎn)，能有效地降低成本。

在制定工件的沖壓工藝時(shí)，處理工序的分散與集中是比較復(fù)雜的問(wèn)題。它取決于工件的批量、結(jié)構(gòu)形狀、質(zhì)量要求、工藝特點(diǎn)等。對(duì)于通常是大批量生產(chǎn)的汽車(chē)沖壓件，應(yīng)當(dāng)盡量采取工序集中的方案，采用復(fù)合或級(jí)進(jìn)模進(jìn)行沖壓，這樣既提高生產(chǎn)率，又能做到安全生產(chǎn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于復(fù)合模，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，一般為2～3個(gè)工序，最多4個(gè)，對(duì)于級(jí)進(jìn)模，集中的工序數(shù)可以多一些，因?yàn)槠淠＞呓Y(jié)構(gòu)的布局范圍自由度更大。

2.多件沖壓模具工藝

隨著中高級(jí)轎車(chē)車(chē)身整體側(cè)圍沖壓技術(shù)的推廣以及壓力機(jī)臺(tái)面的增大，沖壓工藝也得到了快速發(fā)展，車(chē)門(mén)、翼子板等沖壓件從過(guò)去的一模單件發(fā)展為雙槽模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率成倍提高，最新已發(fā)展到車(chē)門(mén)內(nèi)外板采用四型槽沖模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率又翻了一番。

產(chǎn)量較大時(shí)，采用多件同時(shí)沖壓，可使模具費(fèi)、材料費(fèi)和加工費(fèi)都得到降低，對(duì)成形工藝來(lái)說(shuō)，也有利于材料應(yīng)力、應(yīng)變對(duì)稱(chēng)均勻，還提高了生產(chǎn)效率，降低了能源消耗。

雙件生產(chǎn)的最新發(fā)展趨勢(shì)是內(nèi)外板同時(shí)生產(chǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)數(shù)量匹配，還可同時(shí)送焊裝線(xiàn)及時(shí)壓合，物流順暢、便捷。

3.級(jí)進(jìn)模

級(jí)進(jìn)組合沖模已在發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)工業(yè)中普遍應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高、模具成本低、不需要板料剪切。與多工位壓力機(jī)上使用的階梯模相比，級(jí)進(jìn)?？晒?jié)約30%的成本，但其應(yīng)用受拉伸深度、導(dǎo)向和傳輸?shù)膸Р倪吘壊牧媳砻嬗不南拗?，主要用于拉伸深度比較淺的簡(jiǎn)單零件。

智能控制技術(shù)

近年來(lái)，沖壓生產(chǎn)智能控制技術(shù)發(fā)展很快，它在材料、工藝一體化的基礎(chǔ)上，依據(jù)已有材料和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)沖壓加工過(guò)程的在線(xiàn)控制或智能控制(也稱(chēng)“自適應(yīng)控制”)。首先對(duì)材料或工藝參數(shù)建立在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)材料性能或工藝參數(shù)發(fā)生變化或產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，由自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)(傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng))在線(xiàn)確定相關(guān)參數(shù)的瞬時(shí)量值，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化軟件(例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、專(zhuān)家系統(tǒng))確定參數(shù)變化后的最佳工藝參數(shù)組合。自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整工藝參數(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)沖壓工藝過(guò)程的自適應(yīng)控制。新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)逐漸積累可進(jìn)一步成為后續(xù)加工過(guò)程的工藝優(yōu)化基礎(chǔ)。

結(jié)束語(yǔ)

具有更大靈活性或柔性的沖壓技術(shù)和設(shè)備將適應(yīng)小批量、多品種、混流生產(chǎn)模式以及市場(chǎng)多樣化、個(gè)性化需求的發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化的快速響應(yīng)能力。