我国汽车冲压的现状及发展趋势

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1、我国汽车车身冲压的现状及发展方向中国联合工程公司 喻兴娟 杭州市石桥路338号 310022China United Engineering Corporation, Yu Xingjuan, 338# Shiqiao Rd. Hangzhou 310022摘要：随着汽车生产的发展，我国车身冲压技术基本实现了压机化、模具化，机械化、自动化水平得到了较大提高。本文从技术装备、冲压工艺两个方面介绍了我国车身冲压的现状及发展方向。关键词：车身冲压机械化自动化系统化进入二十一世纪以来，中国汽车工业一直保持着持续发展的势头。上世纪九十年代以前，国内汽车工业的主导产品是货车，经过近十年的发展，出现了以轿车

2、为领头羊的可喜格局。汽车工业重点发展轿车的战略转移，给装备制造业带来前所未有的发展机遇。各行各业中，与装备制造业关联最大的就是汽车工业。有关资料表明，美国机床的50%以上、工业机器人的60%以上用于汽车工业，因此美国成为汽车王国的同时，也成为机床生产大国。发达国家汽车工业的发展史无不证明这一点，汽车工业的发展提升了装备制造业特别是机床制造业，机床制造业的提升在技术与工艺上，支撑和保证汽车工业的繁荣。近几年来，随着轻型车、轿车生产的进一步发展，引进产品、合资生产、委托国外开发设计车身等，使车身冲压技术基本达到了国外80年代先进水平，以此为契机，全面实现了压机化和模具化，完全摆脱了手工作业，机械化

3、、自动化水平进一步提高。我国较大的汽车厂如上海大众、一汽集团、东风汽车公司、南汽、北京吉普、北京轻型汽车有限公司、重汽、广州标致等都有一个相当规模的车身厂，这与国外大多数汽车厂相近。但在机械化、自动化程度上还比较低，冲压生产线的形式大部分还仅仅处于手工装卸料阶段，部分生产线采用机器人和送料装置运送工件，实现了机械化、自动化上、下料，多工位压力机刚刚引入生产，这与国外先进水平相比，还有相当大的距离，亟待发展。1、 技术装备方面在轿车的整车生产中，冲压、焊装、涂装和总装统称轿车生产四大工艺。据统计，在轿车的2000馀个零件中，按件数计算金属板材冲压件占40%以上，冲压工艺装备在汽车工业的地位可见一

4、斑。当今轿车生产凸现车型个性化特点，令换型周期越来越短。轿车换型主要表现在车身形状和结构的变化，而与之相适应的是金属板材冲压件的千变万化。金属板材冲压件大致可分为三大类，即车身覆盖件、车身结构件和中小型冲压件。车身覆盖件和车身结构件是具有保持车身形状功能的零件，如车门、顶盖、侧围、行李箱盖等，是金属板材冲压件的主体。中小型冲压件在轿车中的分布较分散，如车轮、离合器、车用空调、微特电机等部件，都有大量的冲压件。研究轿车典型金属板材冲压件的工艺装备，毫无疑问地要将车身覆盖件的工艺装备作为龙头对待。金属覆盖件的工艺装备自车身覆盖件工业化生产以来，机械压力机始终是其装备主体，典型的组合是一台双动机械压

5、力机与数台单动机械压力机组成的冲压生产线。冲压生产线的形式虽然一直被普遍采用，但其内涵却不断变化。首先是随着单机自动化水平的提高，自动快速调整技术及自动快速换模技术的应用，增强了冲压生产线的柔性化程度；其次是冲压生产线的结构形式不断改进，由人工上下料的流水生产线发展为半自动冲压线和自动冲压线；其三，更具技术进步意义的是，多工位压力机进入冲压生产线，以及激光加工与冲压加工相集成，组成广义的冲压自动线。中国锻压机械行业在车身覆盖件工艺装备方面的进步是有目共睹的。通过八五以来的科技攻关，锻压机械行业的自主开发能力明显提高了。在此基础上，有关企业通过引进德国舒勒、美国维尔森、日本小松等着名公司的设计制

6、造技术，或采取与国外厂商合作生产的方式，为中国轿车生产企业提供了几十条冲压生产线，并在国际市场中占有一席之地。当前，车身覆盖件冲压技术的快速发展令人瞩目，主要表现在液压机的加盟、多工位压力机的使用和柔性化技术趋于成熟这三方面。如前所述，机械压力机是冲压生产线的主体，长时间里没有其他装备能动摇其霸主地位。然而，随着液压机某些关键技术的突破，液压机在冲压方面的优势和潜能得到充分发挥，生产率明显提高，以及行程同步、与传送装置连锁等问题的圆满解决，产生液压机作为冲压生产线主机的趋势。当然，这并不意味着液压机将取代机械压力机，虽然冲压生产线可以全部采用液压机，也可以液压机与机械压力机混排使用，但机械压力

7、机作为主机组成的冲压生产线毕竟仍是主流。早期较广泛使用的冲压生产线，由一台双动机械压力机与数台单动机械压力机组成，两者之间设置一个工件翻转装置。多工位板料自动压力机的出现，以其一次行程进行多工序加工、结构紧凑、生产效率高等特点，倍受汽车工业的青睐。多工位压力机作为主机用于冲压生产线，比单机使用的难度大得多，必须解决驱动系统、传送系统以及检测系统等一系列技术问题。近年来，随着以上技术难题的逐一解决，多工位压力机作为主机进入冲压生产线才成为可能。柔性化技术趋于成熟，是轿车车身覆盖件生产最重要的技术进步。首先，组成冲压生产线的设备的数控化，奠定了冲压生产线自动化的基础。而柔性传送技术、机外仿真技术、

8、脱机编程技术的日臻完善，特别是包括模具自动仓库、模具自动识别与提取、模具工作参数自动调整等功能的模具系统实用化，标志着车身覆盖件柔性化技术已趋成熟，使大型覆盖件的个性化生产、按定单生产和准时生产成为可能。柔性冲压自动线问世，表示柔性化技术发展逐渐完备。柔性冲压自动线的基本结构，仍是一台双动压力机与数台单动压力机串联布置。在双动压力机之前有拆垛装置，由上料车、液压顶升器、磁力分层器、真空吸盘提升器、双料检测器、磁力辊道、双料排除器、清洗涂油装置和送料装置组成；双动压力机与单动压力机之间有上下料装置，包括下料器、翻转装置、传送装置和上料器；单动压力机之间的上下料装置，由下料器、传送装置和上料器组成

9、；最后一台单动压力机之后是码垛装置，由下料器，传送装置和码垛车组成。此外，自动快速换模系统、自动快速调整系统、故障检测系统以及废料排除与运输系统都是必不可少的。由于对机器人技术、微电子技术和液压技术的充分应用，不仅实现了冲压过程的自动化，而且带来生产组织的柔性化。大型多工位压力机自动冲压生产线代表了先进的组合方式，应当特别关注。大型多工位压力机的不断完善和轿车大型覆盖件生产的需求，促进了大型多工位压力机自动冲压生产线的发展。较原始的组合是，由一台双动拉伸压力机与一台单动大型多工位压力机组成，二者之间配备一套翻转装置和同步装置，在一定程度上提高了生产节拍，并减少占地面积。第二代生产线的配置大为简

10、化，一台带双动拉伸工位的多工位压力机在其前后分别配备了拆垛装置和码垛装置，便组成了一条自动冲压生产线。此类多工位压力机多为四柱三滑块结构，第一滑块下的第一工位是双动拉伸工位，其馀工位为单动冲压工位。由于拉伸工位采取了反向拉伸的方式，从而避免了工件的翻转，因此不需要翻转装置，使生产率进一步提高、占地面积也减少了。带数控液压气垫的大型多工位压力机的出现，摒弃了传统的双动拉伸工艺理念，真正将拉伸与其他冲压工艺组合到一台压力机上完成。自动冲压生产线的硬件组成仍是一台主机配备拆垛装置和码垛装置，主机是带数控液压气垫的多工位压力机，而数控液压气垫是其技术核心。数控液压气垫通过四角控制，可调节拉伸工作的压边

11、力，从而实现单动深拉伸。采用数控液压气垫使单动压力机代替传统的双动压力机，不仅简化了压力机的结构、取消了翻转装置，且实现了压边力的优化控制、提高拉伸件的质量、降低工件的废品率。中国汽车工业对设备需求呈现长期多样性的局面，因此大型覆盖件的生产工艺也是多种多样的。随着技术发展的进程，众多企业已经或将要把人工上下料的流水线改造为半自动冲压线和自动冲压线，但使用柔性冲压自动线的企业仍为数不多。大型多工位压力机自动冲压生产线由于造价昂贵及技术方面的问题，在国内推广使用尚待时日。目前，中国锻压机械行业不仅能够自主提供传统配置的冲压生产线、半自动冲压线和自动冲压线，而且具有提供柔性冲压自动线和大型多工位压力

12、机自动冲压线的能力。在汽车、航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件。特别是汽车行业的生产要求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入21世纪，我国汽车制造业飞速发展，面对这一形势，我国的板材加工工艺及设备有了长足发展。 （一）重型机械压力机及覆盖件生产线、大型多工位压力机 汽车覆盖件是标志汽车质量的最重要钣金零件，它的生产，目前主要有两种方法： 由多台大重型机械压力机配以自动化机械手，组成自动化柔性冲压生产线。 应用大型多工位压力机生产。 （1）单机连线自动化冲压生产线 为了满足自动化冲压生产线的需要，国内知名压力机生产企业在上世纪末期，就大力进行了高性能单机连线压力机的研

13、制生产，其中以济南二机床集团公司、上海锻压机床厂、齐齐哈尔第二机床厂等为代表，先后研制了J47-1250/2000型闭式四点双动拉伸压力机、JS3P-630型闭式四点压力机、PE4-HH-600-2TS四点单动压力机、PD4-HH-800/600-2TS四点双动压力机、30000kN闭式双点汽车大梁压力机、成系列多连杆传动单动压力机及其他规格的大型双动拉伸压力机。 这些机器在结构上采用了先进的多连杆传动系统，驱动内外滑块的多杆机构经计算机优化设计，使四组杆系的运行达到最佳同步，内滑块在一次行程中有较高的空程和回程速度，工作行程低而均匀。这一特点能有效提高制件精度和模具寿命，降低废品率。由它们组

14、成的自动化冲压生产线具有大吨位、大行程、大台面，有大吨位气垫、机械手自动上下料系统、全自动换模系统、功能完善的触摸屏监控系统，生产高速度、高精度。 上述单机连线已先后装备了第一汽车制造厂、重庆长安汽车厂等汽车制造业的多条自动化冲压生产线，并正在向更多的汽车厂扩展。 （2）大型多工位压力机 在覆盖件冲压领域，大型多工位压力机是最先进、最高效的冲压设备，是高自动化、高柔性化的典型代表。通常由拆垛机、大型压力机、三座标工件传送系统和码垛工位等组成。生产节拍可达16min-125min-1,是手工送料流水线的45倍，是单机连线自动化生产线的23倍。是当今世界汽车制造业应首选的最先进的冲压设备，世界上目

15、前已能生产95000kN吨级的大型多工位压力机。 这类机床过去是工业发达国家独有，上世纪末到本世纪初我国也已开发研制，并取得成功。济南二机床集团公司于1999年与德国万加顿公司合作制造了两台20000kN大型机械多工位压力机，2005年初又与世界最大汽车零部件供应商美国德纳（DANA）公司签订了供货合同，为其制造一台50000kN重型多工位压力机。该机采用电控同步、电子伺服三坐标送料、多连杆、全自动换模、模具保护及现场总线控制等多项国际先进技术，具有远程诊断、远程控制和网络通信等多种自动化功能，适用于汽车制造中的薄板件的拉深、弯曲、冲裁和成形等冷冲压工艺。它是我国迄今为止出口的吨位最大、技术含

16、量最高、自动化程度最高的锻压装备成套设备。 1 .1、自我装备能力的进一步提高随着“七五”期间我国主要压力机制造企业济南第二机床厂、第一重型机器厂、齐齐哈尔第二机床厂等先后引进日本小松、德国埃尔富特、舒乐、魏因加藤技术试制成功40MN纵梁压力机、12.5MN四点单动、1610MN四点双动、2014MN四点双动、106MN四点单动压力机、二坐标、三坐标多工位压力机以及具有世界先进水平的开卷落料自动线，我国的压力机生产水平达到了新的高度，自我装备能力得到了提高，冲压设备已可以不完全依赖进口，而选用我国自己的产品。这不仅可以节约大量外汇减少投资，还可以提高我国汽车工业的国产化水平。如上海大众、一汽大

17、众冲压车间都安装了由济南第二机床厂生产的压力机冲压生产线，几年来，生产线运行良好。不仅如此，我国的压力机制造企业已将冲压自动线及大型多工位压力机作为“九五”期间发展的主要目标，分别同国外先进的压力机制造企业合作或引进技术生产，进行产品开发及技术储备，向用户提供质量好、价格低、效率高的冲压设备。1.2、模具中心的建立汽车车身覆盖件模具具有轮廓尺寸大、精度高、型面复杂、种类繁多等特点。按我国传统的汽车模具设计主要是依靠手工绘图，设计周期长；而模具加工，依据主要模型及工艺模型进行仿形铣削，然后经过钳工研修成形，这种方法存在着生产周期长、模具精度难以保证、对模具制造工人的技术水平要求高等缺点。一些有条

18、件的厂不得不化费大量的外汇从国外进口或委托国外设计制造。近几年来，为了适应产品开发和市场竞争的迫切需要，提高我国的模具制造水平，一汽集团、东风汽车公司、天津汽车厂等先后建立了具有一定规模的装备厂和模具中心，基本能满足自我换型的需要，各厂配备了具有世界先进水平的数控铣床，全面采用CAD/CAM一体化系统技术，具有较高的技术水平和生产能力。1.3、 备料基本实现了开卷落料自动化随着汽车工业尤其是轻型车、轿车的发展，车身冲压原材料由原来的以板料为主、卷料为辅朝着以卷料为主、板料为辅的方向发展。毛坯生产所用的设备也由原来的普通剪板机下料过渡到现已基本实现了开卷落料自动化，生产率、下料精度、材料利用率得

19、到了进一步的提高。南京汽车厂从意大利引进的一条开卷剪切落料自动线就是其中一例，该线由一条开卷送料校平线和一台4MN四点单动压力机组成，可进行板宽为5001500mm、板厚为0.53mm的卷料开卷、校平、落料，开卷钢材最大重量可达20t。一汽大众由一重与德国魏因加藤压力机制造公司合作生产的1994年10月投入使用的开卷剪切自动线和开卷落料自动线，采用摆动剪切、磁性皮带码垛装置等技术，可使剪料形成各种形状，卷料宽度达2000mm，卷料重量可达30t。这是我国汽车行业最先进的开卷剪切自动线，具有世界先进水平。1.4、车身冲压基本实现机械化与自动化根据冲压工序的客观需要，要实现连续作业，必须建立起完整

20、的冲压生产线。各大汽车厂尤其是“七五”、“八五”期间新建的厂都已建立起以五六台压力机为一组的单件零件冲压线，即由一台双动压力机和四五台单动压力机组成生产线。双动压力机用于拉伸，单动压力机用于冲孔、整形、切边等；压力机之间以传送带运送工件，分别用于顶盖、地板、侧围、车门等大中型覆盖件的冲压成形。南京汽车制造厂的A、B、C三条大型生产线，由16台从意大利引进的大型压力机组成，每台设备均具有液压超载保护装置、“T”型移动工作台、闭合高度显示器等先进装置，工序间设有自动胶带输送机和零件翻转机，第一工位前还设有真孔吸盘分取料，自动化程度较高。北京轻型汽车有限公司的A、B、C、D四条大型生产线，由20台引

21、进德国爱尔福特公司的先进设备组成。95年竣工的上海大众II期工程中的七条大型生产线，由31台6.0MN20.0MN的大型压力机组成，用于B2型、变型车2000型车身冲压件的生产；其中一条由济南第二机床厂生产，二条引进德国舒乐公司，一条引进德国爱尔福特公司，三条由舒乐公司与上重合作生产。这些现代化的压力机都具有可移动的工作台，模具和工作台可从压力机里面移到外面，并且一般每台压力机都具有两个移动工作台，新的模具在更换前已在压力机外的工作台上安装调整好，随工作台一起移到压力机内，而压力机内的工作台则带着原有的模具移动到外面。这样就大大减少了停机时间，可谓是实现了有限的柔性化与自动化。近年来，我国在减

22、少换模时间方面已取得很大进展，但与世界先进水平相比还有一定差距。这除了要在设备自动化（如快速夹紧、自动显示等）和模具精度上下功夫外，还应培养一支技术过硬的专业模具调整队伍，因为换模后的调整是生产效率的关键之一。三坐标多工位压力机是当今世界汽车车身冲压自动化程度最高的压力机，它以其生产率高、占地面积小、冲压件质量（尤其是外表面质量）高、能耗低、工人劳动强度低、操作安全等独特的优点，将逐渐取代由多台压力机组成的冲压生产线。由齐齐哈尔第二机床厂与德国爱尔福特压力机制造公司合作生产的2台8MN三坐标多工位压力机已于1994年10月在一汽大众轿车厂投入使用，其台面尺寸为3400x2200mm；上海大众汽

23、车有限公司也于1992年从德国舒乐压力机制造公司引进了一台15MN三坐标多工位压力机和二台8MN三坐标多工位压力机，并已于1994年投入生产；一汽大众也应用了一台11MN三坐标多工位压力机，使我国的汽车车身冲压技术和机械化自动化水平上了一个新台阶。济南第二机床厂与美国ISI机器人公司合作生产的为重庆长安汽车有限公司提供的压力机自动化生产线已于1995年9月下旬通过验收，并投入使用。这是济南第二机床厂实现“锻压设备自动化”发展目标而提供的我国第一条压力机自动化生产线，它标志着我国汽车制造技术的关键工艺装备实现国产化，是我国汽车工业冲压生产自动化领域的新突破，填补了我国汽车工业自动化冲压生产的空白

24、。上海大众II期工程中的七条大型生产线，1996年对其中的三条进行了机械化自动化上下料系统的改造，成功地将普通冲压线改造成为自动化冲压生产线。武汉神龙公司从法国引进的四条全自动生产线也于1996年年底投入使用。这些自动化生产线为全封闭型，每条生产线只需12人操作。1.5、废料处理基本实现系统化在中批量、大批量生产的车身冲压车间，边角废料问题是一个必须考虑且必须引起重视的问题。车身冲压后边角废料不仅量大，而且体积庞大。随着汽车生产的发展，各大汽车厂都已建立起地下废料处理系统。废料处理由以前的地面上排废料，发展为地下废料输送带输送，集中打包处理的废料自动化处理系统。废料包块集中外运，地下排废料节奏

25、快、安全、利于生产管理。我国近几年来投入运行的废料输送自动化处理系统有：广州标致冲压车间、上海大众I期/II期冲压车间、南汽冲压车间、沈阳汽车厂冲压车间、重庆长安汽车厂冲压车间、北京轻型汽车有限公司冲压车间、一汽大众冲压车间等。其中一汽大众的废料自动化处理系统由19条废料输送带组成两套废料输送处理系统，共有84个废料滑槽，两台称重装置，两台打包机，两台包块处理装置。这两套废料输送处理系统全部自动控制，在每条输送带和设备上都有监控（摄像机）装置，并在总控制台上有显示屏显示出整个废料输送处理系统的运行情况。该系统已于1994年年底投入使用，是目前我国最大的且水平最高的废料输送处理系统。2、 在车身

26、冲压工艺方面2.1卷料使用率逐步提高随着汽车工业的发展，尤其是轿车、轻型车的发展，车身冲压原材料由原来的以钢板为主、卷料为辅朝着以卷料为主、板料为辅的方向发展。如上海大众轿车原材料7080%为卷料，2030%为板料；一汽大众轿车生产卷料占80%，板料仅占20%；奥迪轿车车身冲压件原材料90%以上为双面镀锌钢板。这不仅可以提高生产率，降低材料消耗，还能减少钢板在生产过程中的磕碰伤，保护材料表面清洁，便于涂覆，提高冲压件表面质量。2.2车身冲压逐步推广新工艺、新技术为了提高汽车质量，满足美化造型的需要，冲压件毛坯生产正逐渐推广应用大拼块浅拉延成形工艺，以提高材料利用率，降低工序道数，减少车身装焊点

27、数，降低生产消耗。如沈阳轿车厂采用32MN四点双动压力机（台面尺寸为5500x2500mm）生产旅行轿车顶盖，由原来的二块拼接改为整体大型冲压件；一汽大众生产的捷达轿车车身侧围（左/右）和顶盖（带风窗）也是整体冲压件，该厂采用20MN四点双动压力机拉伸和10MN四点单动压力机完成各种冲压工序；北京轻型汽车有限公司五十铃汽车车身（左/右）门框采用由一台16.3MN四点双动压力机（台面尺寸为4600x2200mm）和四台8MN四点单动压力机 、一台5MN四点单动压力机组成的生产线整体冲压生产；上海大众II期工程中新增的重型生产线（由一台20MN四点双动压力机和五台10MN四点单动压力机组成）用于顶

28、盖、地板、左/右侧围等大型覆盖件的冲压生产。在冲压过程中，采用稀拉延油代替豆腐脑式拉延油，取消了冲压件的清洗工序，节约了设备并降低了能耗。为了减少车身冲压件的磕碰伤，车身冲压件的运输采用专用的工位器具，代替码垛存放方式。江西汽车制造厂冲压零件采用悬链输送，不但合理利用了空间，还可避免输送过程中的磕碰伤，并在下件装箱前对冲压件进行喷油防锈处理。3、 发展方向为了使我国汽车走向世界，提高汽车的产量和质量已势在必行。作为车身制造基础的冲压生产必须向国际水平迈进，归纳起来应有如下特点：（1） 以卫星式小规模冲压为装配厂配套。（2） 逐步提高冲压生产线相关设备的机械化、自动化程度，设备要以多工位压力机为

29、主，在现有生产线上要尽量采用气垫或液压垫辅助拉伸，少用或不用双动压力机。（3） 生产率要达到1000015000件/线天。（4） 材料应由普通冷轧板向低合金高强度钢板、镀锌钢板过渡，卷料使用率达100%，材料利用率达7075%。积极开发采用可以提高冲压质量、降低冲压成本、提高生产率的先进生产技术。（5） 模具设计制造全面采用CAD/CAM一体化系统技术，实现模具精密化、轻量化、低成本化。（6） 废料处理采用自动输送、集中打包及自动化控制系统。作者简介：姓名：喻兴娟 性别：女 出生年月：1965年1月 籍贯：浙江嵊州 民族：汉 职称：高级工程师工作单位：中国联合工程公司通讯地址：杭州市石桥路338号邮编：310022电话：057188151870，13957118151传真：057188155023电子信箱：yuxj从事工作：工程设计