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通過壓力機創新設計不斷提高衝壓車間生產力

上海舒勒壓力機有限公司銷售總監 季曉明

金屬加工線上報導, 當今汽車白車身材料的特殊性, 針對不同特性材料要提供相應的衝壓工藝和衝壓設備,

帶有直接驅動式伺服機的衝壓線技術, 以及帶有直接驅動式伺服機的多工位技術帶來了新的契機。 除提升車間生產的衝壓設備外, 還有線外的高效模擬技術和自動化模擬技術。 衝壓車間的節能與環保也是一個重要的戰略。 隨著車型的不斷變化, 模具的不斷增加, 試模戰略也成為衝壓車間提高生產率的一個重要的組成部分。

從整車特性來看, 為適應環保節能, 汽車的輕量化技術受到了行業的重視, 要求採用輕質材料, 如鋁板或合金材料。 除此就是高強度鋼板, 可分為高強度和超高強度鋼板(超高強度鋼板主要指一些結構件), 還有介於二者之間鋼板的特殊成形。

針對整車廠的衝壓車間,

一般10副模具一組, 對應15~17零件。 把17個零件、10副模具分為兩組, 一類為A類大型尺寸, 主要是側門板和葉子板, 另一類為B類, 如一些板、蓋或後備箱蓋。 所用衝壓設備採用5序或4序, 按不同整車的工藝設計對應所需的檯面尺寸, 零件工序間隔尺寸大概為(4.5~5m)×(2.5~2.6 m)。

帶有伺服直接驅動的衝壓技術, 一般為大型衝壓線。 德系多採用6序列, 日、韓系多採用5序列, 歐美系多採用4、5序列。 對於超大型板材成形, 從噸位來講, 壓力機噸位為20 000~25 000kN, 後續用12 000~16 000kN、10 000kN。 大型衝壓線從運行模式來看, 機械式和伺服式都可用連續式, 由3大部分組成:拆垛靈活高效, 衝壓部分為機械壓力機、液壓機及伺服傳動液壓機, 尾端工藝即出料工藝。 採用中間抓取, 衝壓工位間距減小到5.2m, 提高了空間利用率。

若採用機器人一般為6.6m, 相比常規8m間距, 提高了傳輸的效率與整線節拍。

直接驅動伺服是中央伺服驅動單元直接帶動主驅動軸運轉, 無離合器、制動器、飛輪及驅動皮帶等, 通過齒輪帶動連杆帶動滑塊, 使得滑塊的調節更加靈活。 從傳統的機械傳動和伺服直接驅動技術在拉伸上的對比可以看出, 伺服直接驅動技術改善了拉深工藝, 可保證非常好的模具工作狀態, 其速度的提高主要在非工作區域達到一個快速的下行和快速的提升。

對相同規格的大型衝壓線來講, 伺服驅動技術的衝壓線要比常規機械傳動衝壓線效率高出15%左右, 這是一個非常值得關注的資料。

高速衝壓線方面, 採用靈活的拆垛、機械傳動及伺服傳動。

打擊噸位方面, 後續來看伺服傳動噸位要大, 舒勒採用橫杆式的機械傳動目前達到15SPM, 採用全封閉式的伺服直接驅動壓力機能達到17SPM, 提高效率15%~20%。

高速、高效衝壓線中, 拆垛部分非常重要, 如果整線達到15~17SPM, 要求有能達到20SPM的拆垛方案, 舒勒主要採用拆垛機械手, 允許不同尺寸和數量的板料, 採用光學對中可以把板材變換到更加適合的模具位置, 材料利用率得到提高。 採用7軸變位的橫杆搬送機構, 橫杆靠中間的主臂抓取直接進行傳輸加工, 對於自動化系統不僅要達到高速, 而且靈活和運動的穩定性也是自動化傳輸的一個重要因素。 高速、靈活的工件導向在工件抓取和傳輸中能夠達到100k g的端拾器, 工件重量對應17SPM。

尾端工藝設計, 根據客戶要求設計縱向和橫向的出料工藝, 保證了68件/min的產出。

多品種、小批量的衝壓中, 模具和端拾器的更換速度很重要, 會給整線的生產效率帶來影響, 高的生產效率來自於快速自動更換模具及端拾器, 在更換端拾器時不需更換機械手橫杆, 達到整線的換模時間小於3min。 另外, 尾端工藝也特別重要, 根據不同車廠的車間配置, 最流行的是縱向和橫向, 大多採用搬運機器人。

伺服直接驅動技術的多工位壓力機在小型零部件的生產中應用較多, 能夠增加產量達50%, 衝壓工藝得到優化, 大幅減少能源成本, 實現最佳零件品質和高的模具使用壽命, 精確的試模操作及短的交貨時間。 通過無能量存儲的直接驅動, 帶能源存儲裝置(舒勒專利)壓力機相比機械式壓力機同功率減少能耗10%~15%,機械的儲能裝置可以將伺服傳動過程中的儲存能量用於工作區域的釋放,同時,模具試模時間減少,產能提升。

模擬技術方面,舒勒3D即時模擬工具軟體類比過程為:模擬計畫→工件流計畫→模具空間。模具通過性分析經類比資料下載至線上並在生產線上的驗證表現更佳。橫杆機械手運動的模擬為:標準的運動曲線作為基礎載入;模具、端拾器和工件的載入;工位元間傳送運動的最優化曲線實現;可即時進行視覺化修正。

衝壓車間呈現的趨勢有以下幾個特點: ①提高汽車產量要求增加模具數量, 實現更高的生產率(高達17S PM),要求更短的換模時間(<3min)。②混合鋼材-鋁-高強度鋼:更高的靈活性,如拆垛、拉伸墊等。③在機械壓力機上試模(頭台機):優化設備的生產時間。④模擬過程:更快的生產節拍,更高的產量。

帶能源存儲裝置(舒勒專利)壓力機相比機械式壓力機同功率減少能耗10%~15%,機械的儲能裝置可以將伺服傳動過程中的儲存能量用於工作區域的釋放,同時,模具試模時間減少,產能提升。

模擬技術方面,舒勒3D即時模擬工具軟體類比過程為:模擬計畫→工件流計畫→模具空間。模具通過性分析經類比資料下載至線上並在生產線上的驗證表現更佳。橫杆機械手運動的模擬為:標準的運動曲線作為基礎載入;模具、端拾器和工件的載入;工位元間傳送運動的最優化曲線實現;可即時進行視覺化修正。

衝壓車間呈現的趨勢有以下幾個特點: ①提高汽車產量要求增加模具數量, 實現更高的生產率(高達17S PM),要求更短的換模時間(<3min)。②混合鋼材-鋁-高強度鋼:更高的靈活性,如拆垛、拉伸墊等。③在機械壓力機上試模(頭台機):優化設備的生產時間。④模擬過程:更快的生產節拍,更高的產量。

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