汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)車間的規(guī)劃及設(shè)計(jì)

覆蓋件沖壓生產(chǎn)具有規(guī)模化、成批生產(chǎn)、多品種化的特點(diǎn)；沖壓車間、沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)線一次性投資大，但適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展變化的通用性較強(qiáng)，產(chǎn)品換型只需模具變化，設(shè)備可以通用。沖壓生產(chǎn)是一項(xiàng)規(guī)模效益遞增型的產(chǎn)業(yè)，沖壓車間規(guī)劃要立足于長遠(yuǎn)和未來發(fā)展。對于整車廠來說，覆蓋件沖壓生產(chǎn)車間的規(guī)劃與設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

概述 

覆蓋件沖壓生產(chǎn)具有規(guī)?；?、成批生產(chǎn)、多品種化的特點(diǎn)；沖壓車間、沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)線一次性投資大，但適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展變化的通用性較強(qiáng)，產(chǎn)品換型只需模具變化，設(shè)備可以通用。沖壓生產(chǎn)是一項(xiàng)規(guī)模效益遞增型的產(chǎn)業(yè)，沖壓車間規(guī)劃要立足于長遠(yuǎn)和未來發(fā)展。對于整車廠來說，覆蓋件沖壓生產(chǎn)車間的規(guī)劃與設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

覆蓋件沖壓生產(chǎn)工藝流程

卷料→開卷剪切或落料（包括開卷、清洗、校平、剪切或落料、堆垛)→沖壓成形（包括拆垛、清洗、涂油、板料對中、上料、沖壓成形、取件）→檢驗(yàn)→裝入工位器具→入庫，如圖1所示。 

主要規(guī)劃內(nèi)容

汽車覆蓋件沖壓車間規(guī)劃的主要內(nèi)容包括沖壓車間工藝設(shè)計(jì)分析、生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)線選擇、輔助設(shè)備（線）選擇、總圖設(shè)計(jì)、車間平面布置及功能區(qū)域設(shè)計(jì)、廠房設(shè)計(jì)等。

規(guī)劃原則

汽車覆蓋件沖壓車間規(guī)劃是汽車整車廠四大工藝工廠規(guī)劃的重要內(nèi)容之一，應(yīng)遵循“精益化”的設(shè)計(jì)原則，高質(zhì)量、高效率、低投入。采用經(jīng)濟(jì)、合理、實(shí)用、與生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng)的先進(jìn)技術(shù)，采用高性價(jià)比的工藝裝備。

規(guī)劃前提確定

產(chǎn)品類型：轎車或卡車大中型覆蓋件和關(guān)鍵梁類結(jié)構(gòu)件；

生產(chǎn)綱領(lǐng)：以10萬輛/年生產(chǎn)綱領(lǐng)為例；400輛/天；

工作制度：250天/年，2班/天，16h；

產(chǎn)品種類及內(nèi)外制沖壓件確定：整車廠一般以生產(chǎn)白車身大型內(nèi)外覆蓋件及關(guān)鍵梁類結(jié)構(gòu)件為主，此類件為內(nèi)制件。其它件由外部供應(yīng)商協(xié)作生產(chǎn)，此類件為外制件。

內(nèi)制件的確定原則

（1）車身的核心零部件；

（2）高附加值的零部件；

（3）車身外表面覆蓋件；

（4）堆垛、運(yùn)輸較困難的大中型內(nèi)覆蓋件；

（5）尺寸精度要求高的關(guān)鍵梁類結(jié)構(gòu)件。

覆蓋件沖壓車間工藝設(shè)計(jì)分析

以整車廠只生產(chǎn)內(nèi)制件為設(shè)計(jì)前提，規(guī)劃整車廠的沖壓車間。 

汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線分類及主要生產(chǎn)零件

(1）單機(jī)聯(lián)線沖壓生產(chǎn)線分類，見表1。

表1 單機(jī)聯(lián)線沖壓生產(chǎn)線分類(僅供參考) 

序號(hào)	分類	參考標(biāo)準(zhǔn)	主要生產(chǎn)零件	備注
1	超大型線	工作臺(tái)長度＞4260mm (5000t≤壓機(jī)噸位≤9000t)	側(cè)圍、頂蓋、車門內(nèi)外板（一模四件）等	自動(dòng)化線
2	大型線	3270mm＜工作臺(tái)長度≤4260mm (3000t≤壓機(jī)噸位＜5000t)	翼子板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩板、行李箱蓋板、車門內(nèi)外板（一模雙件）等	自動(dòng)化線
3	中型線	2650mm＜工作臺(tái)長度≤3270mm (1600t≤壓機(jī)噸位＜3000t)	門檻、B柱、左右前縱梁、鉸鏈加強(qiáng)板、頂蓋加強(qiáng)梁等	自動(dòng)化線 或手工線
4	小型線	工作臺(tái)長度≤2650mm (315t≤壓機(jī)噸位＜1600t)	加強(qiáng)板、鉸鏈、橫梁、減震器支座等	自動(dòng)化線 或手工線

注：工作臺(tái)長度為垂直于送料方向。

（2）多工位壓力機(jī)線分類，見表2。

表2 多工位壓力機(jī)線分類（僅供參考） 

序號(hào)	分類	參考標(biāo)準(zhǔn)	主要生產(chǎn)零件	備注
1	超大型線	工位間距＞2200mm	側(cè)圍、頂蓋、車門、翼子板等（一模雙件）	自動(dòng)化線
2	大型線	1800mm＜工位間距≤2200mm	翼子板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、后蓋，門內(nèi)板、門外板等	自動(dòng)化線
3	中型線	1200mm＜工位間距≤1800mm	門檻、鉸鏈加強(qiáng)板，B柱，車頂框架等	自動(dòng)化線
4	小型線	工位間距≤1200mm	加強(qiáng)板，橫梁，鉸鏈等	自動(dòng)化線

注：表中是按照多工位壓機(jī)工位中心至工位中心的最大工位間距分類。

沖壓件工藝設(shè)計(jì) 

典型件工藝：以轎車側(cè)圍外板為例：開卷落料→拉延成形→修邊沖孔→修邊成形沖孔→修邊成形沖孔→檢驗(yàn)→裝入工位器具。

按照沖壓線分類并根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、零件大小和工藝特點(diǎn)，大型內(nèi)外覆蓋件規(guī)劃在超大型或大型沖壓生產(chǎn)線上生產(chǎn)，關(guān)鍵梁類結(jié)構(gòu)件規(guī)劃在中小型多工位壓力機(jī)或中型沖壓線上生產(chǎn)。

覆蓋件沖壓車間生產(chǎn)線負(fù)荷計(jì)算及影響因素

每h沖程次數(shù)GSPH（Gross Strokes Per Hour）

生產(chǎn)線年沖程總數(shù)與年運(yùn)行時(shí)間的比值，即年平均每h沖程次數(shù)。 

生產(chǎn)線負(fù)荷計(jì)算公式

需求沖程數(shù)：沖壓線承擔(dān)的車型所需求的沖程數(shù)，需求沖程數(shù)＝生產(chǎn)線模具組數(shù)（沖程/輛）×年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品數(shù)）；

產(chǎn)能沖程數(shù)：沖壓線所能提供的有效沖程數(shù)，產(chǎn)能沖程數(shù)＝每h沖程次數(shù)×年工作天數(shù)×每天工作時(shí)間；

上述沖壓生產(chǎn)線負(fù)荷計(jì)算公式可用于已建工廠實(shí)際生產(chǎn)線的負(fù)荷平衡和生產(chǎn)能力計(jì)算，也可以用于新建沖壓車間時(shí)計(jì)算所需要沖壓生產(chǎn)線數(shù)量及一條沖壓線所承擔(dān)的品種數(shù)或模具組數(shù)。 

對沖壓生產(chǎn)來說，提高h(yuǎn)沖程次數(shù)GSPH、縮短換模時(shí)間ADCT，對提高沖壓線的生產(chǎn)能力具有重要意義。 

影響每h沖程次數(shù)GSPH主要因素

平均換模時(shí)間ADCT；品種數(shù)（模具組數(shù)）；管理方面停臺(tái)時(shí)間；模具和設(shè)備故障時(shí)間；工序數(shù)多少；沖壓線固有屬性（設(shè)計(jì)能力、額定能力）。 

影響換模時(shí)間ADCT的主要因素

快速換模系統(tǒng)（模具自動(dòng)夾緊或手動(dòng)夾緊）；首臺(tái)壓機(jī)形式（單動(dòng)、雙動(dòng)）；模具閉合高度；移動(dòng)工作臺(tái)形式（一字型、T字型、單、雙工作臺(tái)）；設(shè)備、模具狀態(tài)；聯(lián)線調(diào)試及首件確認(rèn)時(shí)間；工序數(shù)多少等。

覆蓋件沖壓車間設(shè)備及生產(chǎn)線選擇

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)規(guī)模，結(jié)合所要生產(chǎn)品種的特點(diǎn)、質(zhì)量要求、投資、成本，以及覆蓋件各種沖壓設(shè)備和沖壓線的形式和特點(diǎn)等因素，選擇經(jīng)濟(jì)、合理、實(shí)用、與生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng)的沖壓車間工藝設(shè)備和沖壓生產(chǎn)線形式。 

各種形式汽車覆蓋件沖壓線對比分析

幾種主要形式的覆蓋件沖壓生產(chǎn)線的對比分析見表3。

表3 沖壓線對比分析表

 

通過分析可以看出，機(jī)器人線和機(jī)械手線適合于對傳統(tǒng)壓力機(jī)線的改造，機(jī)器人線由于投資少，靈活性和柔性好，適合于一般生產(chǎn)規(guī)模的生產(chǎn)線選用，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人沖壓線的生產(chǎn)效率也會(huì)越來越高。 

由于大型多工位沖壓生產(chǎn)線投資較大、生產(chǎn)線柔性差、維修維護(hù)費(fèi)用高、維修復(fù)雜、對模具要求較高、模具復(fù)雜等特點(diǎn)，適合于較大規(guī)模的生產(chǎn)。 

目前，單臂式和雙臂式快速橫桿式機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線是比較好的沖壓自動(dòng)化解決方案，特別是單臂式快速橫桿式機(jī)械手自動(dòng)化沖壓線，投資適中，效率較高、柔性較好，以較高的性價(jià)比，在國內(nèi)各大自主體系整車廠中廣泛采用。

汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線設(shè)備組合和配置 

（1）壓力機(jī)噸位及工作臺(tái)面選擇。 

根據(jù)所生產(chǎn)的零件大小不同，特別是以轎車整體側(cè)圍為代表，綜合考慮一模雙件或一模四件工藝、沖壓成形力、沖壓工序數(shù)、壓力機(jī)結(jié)構(gòu)形式等因素，超大型壓力機(jī)生產(chǎn)線一般首臺(tái)壓機(jī)為1600～2400t，后續(xù)壓力機(jī)噸位一般為首臺(tái)壓力機(jī)的二分之一左右，一般為800～1200t，壓力機(jī)數(shù)量一般為4～6臺(tái)。壓力機(jī)工作臺(tái)面可根據(jù)整體側(cè)圍模具大小，車門、翼子板一模多件模具大小選擇，一般為4500mm×2400mm左右。

（2）沖壓生產(chǎn)線設(shè)備組合。 

表4是超大型和大型壓力機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備組合比較，超大型和大型壓力機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備的組合一般有7種方式。 

1）首臺(tái)多連桿雙動(dòng)壓力機(jī)，后面配3～5臺(tái)偏心傳動(dòng)單動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)，拉延后的零件需要翻轉(zhuǎn)180度，再送到下序，影響整線生產(chǎn)節(jié)拍，生產(chǎn)效率低，已逐漸被取代。

2）首臺(tái)多連桿傳動(dòng)單動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)，帶數(shù)控拉深墊，后面配3～5臺(tái)偏心傳動(dòng)單動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)，投資適中，較為實(shí)用。

3）首臺(tái)多連桿傳動(dòng)單動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)，帶數(shù)控拉深墊，后面配3～5臺(tái)多連桿傳動(dòng)單動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)，帶數(shù)控拉深墊，投資較大，部分功能過剩。

4）首臺(tái)液壓機(jī)，帶數(shù)控拉深墊，后面配3～5臺(tái)偏心傳動(dòng)單動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)，混合壓力機(jī)生產(chǎn)線，投資少，但生產(chǎn)效率較低。

5）4～6臺(tái)液壓機(jī)生產(chǎn)線，帶數(shù)控拉深墊。投資少，但效率低，適合中小批量生產(chǎn)。

6）4～6臺(tái)伺服壓力機(jī)生產(chǎn)線，效率高，沖壓件質(zhì)量好，節(jié)能環(huán)保，投資較大，是沖壓生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢。

7）大型多工位壓力機(jī)生產(chǎn)線，效率高，投資大，對模具要求高，國內(nèi)較少采用，是沖壓生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢

表4 超大型和大型壓力機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備組合比較 

 

沖壓車間總圖設(shè)計(jì) 

沖壓車間總圖設(shè)計(jì)以物流流向?yàn)橹骶€，遵循”一個(gè)流”的設(shè)計(jì)原則，沖壓車間位置一般與焊裝車間相鄰，與焊裝車間組成聯(lián)合廠房，沖壓與焊裝車間之間一般設(shè)置沖壓件庫。沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝車間的位置關(guān)系如圖2所示。 

圖2 沖壓車間位置

覆蓋件沖壓車間工藝平面布置及廠房設(shè)計(jì)選擇

開卷落料（剪切）車間

（1）開卷落料（剪切）車間工藝平面布置及功能區(qū)域。

開卷落料（剪切）車間功能區(qū)域一般劃分為卷料存放區(qū)、開卷線生產(chǎn)作業(yè)區(qū)、毛坯周轉(zhuǎn)存放區(qū)、模具存放區(qū)等。平面布置如圖3所示，根據(jù)需要可布置一條開卷剪切線、一條開卷落料線等工藝設(shè)備，布置天車、轉(zhuǎn)運(yùn)車、毛坯翻轉(zhuǎn)機(jī)等輔助設(shè)備。

（2）開卷落料（剪切）車間與沖壓車間平面布置方式。

如果整車廠沖壓件毛坯自制，開卷落料（剪切）線在沖壓廠房內(nèi)的布置主要有兩種方式，一種是開卷落料（剪切）線廠房與沖壓線廠房平行布置，均為橫跨，如圖4所示。另一種是與沖壓生產(chǎn)線廠房垂直布置，如圖5所示，即沖壓線廠房為橫跨，開卷落料（剪切）線廠房為縱跨。

通過對比，沖壓車間開卷線與沖壓線平行布置，開卷落料（剪切）線廠房與沖壓線廠房平行布置，均為橫跨的布置方式較為合理。 

另外，覆蓋件毛坯準(zhǔn)備也可以通過組建合資或獨(dú)資的毛坯加工配送公司，與鋼廠形成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，在整車廠附近建設(shè)，或與整車廠沖壓車間建設(shè)聯(lián)合廠房，規(guī)劃開卷剪切線和開卷落料線，形成規(guī)模化生產(chǎn)和專業(yè)化生產(chǎn)，形成毛坯的區(qū)域性供應(yīng)。國內(nèi)很多汽車和鋼鐵企業(yè)已廣泛采用這種方式。 

（3）開卷落料（剪切）車間廠房。

開卷落料（剪切）車間廠房寬度一般為24～30m，長度按功能區(qū)域確定。

沖壓車間 

（1）沖壓車間工藝平面布置及功能區(qū)域

覆蓋件沖壓車間的功能區(qū)域一般劃分為模具調(diào)試維修區(qū)、模具存放區(qū)、板料存放區(qū)、生產(chǎn)作業(yè)區(qū)（生產(chǎn)線）、線尾出件區(qū)、檢驗(yàn)區(qū)、沖壓件返修區(qū)、沖壓件庫等。沖壓車間一般與焊裝車間相鄰形成聯(lián)合廠房，兩者之間布置沖壓件庫，沖壓車間的工藝平面布置及功能區(qū)域示意見圖6。

圖6 沖壓車間工藝平面布置及功能區(qū)域

1）模具調(diào)試維修區(qū)：用于模具的日常維護(hù)、維修、保養(yǎng)和調(diào)試。模修區(qū)的布置有兩種方式：

一種是與沖壓線布置在同一跨內(nèi)的一端，靠近模具存放區(qū)，要考慮模具上下模打開后的占地面積和調(diào)試材料的存放面積，這種布置方式可以根據(jù)模修量大小，模修量大的需要每條沖壓線一端都要布置模修區(qū)，如圖6所示。模修量小的，可以布置在模具維修量大的生產(chǎn)線一跨內(nèi)，一般與最大噸位的生產(chǎn)線在一跨廠房內(nèi)。

另一種是布置在與沖壓線跨平行的獨(dú)立一跨內(nèi)，即與沖壓線跨平行的橫跨，幾條沖壓線的模具共用模具調(diào)試維修區(qū)，各條線內(nèi)需要維修的模具通過過跨轉(zhuǎn)運(yùn)車轉(zhuǎn)運(yùn)到模修區(qū)內(nèi)，如圖7所示。

根據(jù)需要，模具調(diào)試維修區(qū)一般配有調(diào)試壓力機(jī)、研配壓力機(jī)、模具清洗機(jī)、天車、轉(zhuǎn)運(yùn)車及部分機(jī)加設(shè)備和焊接設(shè)備。設(shè)置用于氣動(dòng)或電動(dòng)維修工具用的壓縮空氣接頭和動(dòng)力插座。附近設(shè)置模具、設(shè)備備件庫。調(diào)試壓力機(jī)與沖壓線首臺(tái)壓力機(jī)的設(shè)備參數(shù)基本一致，研配壓力機(jī)一般為200～300t的液壓機(jī)。模具維修區(qū)的起重設(shè)備（天車）按大于最大模具重量配置，并且?guī)в懈便^，副鉤的噸位要大于最大模具的上模重量。

圖7 沖壓車間工藝平面布置及功能區(qū)域（模修區(qū)獨(dú)立一跨，橫向布置）

2）模具存放區(qū)：用于模具的存放，大型模具一般直接存放在地坪上，下面墊枕木或加防護(hù)層的鋼軌，存放高度一般不超過2層，模具運(yùn)輸采用電動(dòng)平板車和起重機(jī)，起重機(jī)采用地面遙控形式。

3）板料存放區(qū)：用于沖壓件毛坯的存放，毛坯放在平板料盤上，可以直接存放在地坪上，也可以采用料棚存放。車間內(nèi)毛坯運(yùn)輸采用叉車或起重機(jī)。

4）生產(chǎn)作業(yè)區(qū)（生產(chǎn)線）：沖壓生產(chǎn)線的生產(chǎn)區(qū)域。

5）線尾出件區(qū)：線尾成品件的百檢、將成品件裝入工位器具的區(qū)域，下件輸送帶布置方式有“一”字型布置和“T”型布置兩種。

6）檢驗(yàn)區(qū)：用于沖壓件的檢驗(yàn)，一般為頻次抽檢，外觀百檢一般在線完成。

7）沖壓件返修區(qū)：用于不合格沖壓件的返修，一般設(shè)置在與沖壓車間相鄰的沖壓件庫房內(nèi)。

8）沖壓件庫：沖壓件的存放區(qū)域，采用工位器具多層存放。一般布置在沖壓車間與焊裝車間相連接的位置，廠房高度一般與焊裝車間的高度一致。沖壓件的運(yùn)輸采用叉車。

（2）沖壓車間面積。

按使用功能劃分，沖壓車間面積一般劃分為生產(chǎn)面積、輔助面積和生活面積三類。

1）生產(chǎn)面積是指直接用于實(shí)現(xiàn)工藝過程的生產(chǎn)部門所占的面積，主要包括：

生產(chǎn)線和全部生產(chǎn)設(shè)備所占用的面積；

生產(chǎn)設(shè)備之間小通道（不包括主要通道）；

工人操作時(shí)占用的面積；

生產(chǎn)過程中必須占用的面積（如沖壓件檢驗(yàn)地、沖壓件返修地等）；

生產(chǎn)設(shè)備周圍待加工的毛坯、材料、半成品等占用的面積。

2）輔助面積是指不直接用于實(shí)現(xiàn)工藝過程的生產(chǎn)輔助部門所占的面積，主要包括：

車間內(nèi)輔助部門所占用的面積；

車間主要通道面積；

各種庫房和存放地。

3）生活面積主要包括車間辦公室、會(huì)議室、更衣室、淋浴間、廁所等。

（3）沖壓車間廠房。

布置超大型線廠房跨（寬）度一般為30m，大型線廠房跨（寬）度一般為24m，長度按功能區(qū)域確定。獨(dú)立一跨布置的模具維修調(diào)試區(qū)跨（寬）度一般為24m。離線式清洗涂油線一般與中小型多工位壓力機(jī)線（主要用于關(guān)鍵梁類結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)）布置在同一跨廠房內(nèi)，廠房跨（寬）度一般為24m。

結(jié)束語

汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)車間是整車生產(chǎn)廠四大生產(chǎn)工藝車間或五大工藝車間（包括樹脂成形）之一，其規(guī)劃與設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“精益、緊湊、實(shí)用”的原則，追求“高質(zhì)量、高效率、低投入”。許多企業(yè)將沖壓車間的工藝平面布置形成標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，工藝設(shè)備選擇形成標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)化，廠房及車間面積精益緊湊，物流便捷順暢，為企業(yè)的汽車生產(chǎn)提供了重要保障。