文／代二國(guó)·東風(fēng)商用車有限公司

大型覆蓋件沖壓車間工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析

文／代二國(guó)·東風(fēng)商用車有限公司

代二國(guó)，技術(shù)科主任，高級(jí)工程師，專業(yè)方向?yàn)楸“謇錄_壓，主持規(guī)劃的2400t沖壓自動(dòng)線和630t開(kāi)卷落料線于2016年投入生產(chǎn)。

覆蓋件沖壓生產(chǎn)具有規(guī)模化、批量化、多品種化的特點(diǎn)。先進(jìn)合理的沖壓車間工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)該充分體現(xiàn)出自動(dòng)化水平的提高、生產(chǎn)節(jié)拍的提升、沖壓件成本的降低以及沖壓件品質(zhì)的提高等。本文結(jié)合某沖壓主機(jī)廠沖壓車間的規(guī)劃設(shè)計(jì)，闡述了如何根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)確定生產(chǎn)工藝及設(shè)備并進(jìn)行車間工藝布置，以及在此基礎(chǔ)上提出配套土建及公用設(shè)施要求，供工藝設(shè)計(jì)人員參考。

沖壓工藝和設(shè)備選擇

沖壓線規(guī)劃的前提條件

隨著新車型投產(chǎn)及產(chǎn)量攀升，同時(shí)伴隨沖壓行業(yè)零件大型化、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，工廠沖壓生產(chǎn)條件面臨幾方面的主要問(wèn)題亟待解決。

⑴大型沖壓件的生產(chǎn)負(fù)荷問(wèn)題。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，以現(xiàn)有條件核算，大型沖壓件的生產(chǎn)負(fù)荷問(wèn)題將在今后幾年內(nèi)愈演愈烈，達(dá)到甚至超過(guò)150%的程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出生產(chǎn)能力范圍。而周邊地區(qū)沒(méi)有大型沖壓件的批量生產(chǎn)能力，所以必須新增大型沖壓生產(chǎn)線解決該問(wèn)題。

⑵產(chǎn)品質(zhì)量保證能力。隨著市場(chǎng)對(duì)中重載商用車質(zhì)量要求的提高，工廠迫切需要提升沖壓質(zhì)量保證能力，以此支撐質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。質(zhì)量保證能力的提高是對(duì)應(yīng)沖壓全過(guò)程的整體改善工程，必須從原材料準(zhǔn)備、沖壓生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)物流等多方面綜合布局，改變、改善生產(chǎn)條件，提升管理水平。

⑶壓力機(jī)噸位不足。高端商用車車型的導(dǎo)入，不但提高了工廠大型件（增加20個(gè)流水）的生產(chǎn)負(fù)荷，同時(shí)對(duì)壓力機(jī)噸位需求超出現(xiàn)有條件。目前企業(yè)最大壓力機(jī)額定噸位1600t，最大件實(shí)際需求超過(guò)2200t。結(jié)合工廠實(shí)際，綜合核算經(jīng)濟(jì)性得出結(jié)論：需要引進(jìn)更大噸位的壓力機(jī)，結(jié)合公司產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃及行業(yè)規(guī)律，定義為最大額定噸位2400t。

⑷生產(chǎn)效率低下，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。工廠沖壓生產(chǎn)線均為手動(dòng)生產(chǎn)線，大型件效率較低，SPH不超過(guò)240次。同時(shí)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，單班經(jīng)手質(zhì)量超過(guò)10t，最大超過(guò)15t。

綜合以上分析，同時(shí)結(jié)合工廠對(duì)于安技環(huán)保、庫(kù)存管理、技術(shù)先進(jìn)性等方面的提升訴求，需要完成以下建設(shè)內(nèi)容：⑴對(duì)現(xiàn)有條件進(jìn)行清理、改造、整合，以適應(yīng)“沖壓中心”項(xiàng)目分期建設(shè)需要。⑵更新630t開(kāi)卷落料線1條。⑶新建2400t沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線1條。⑷同期完成諸如模具改造、廢料線、起重設(shè)備、物流設(shè)備、工位器具等方面的配套。

生產(chǎn)工藝及設(shè)備

沖壓車間的生產(chǎn)工藝主要有沖壓毛坯的生產(chǎn)和沖壓件的生產(chǎn)，其他還有試模、模具維修、沖壓件返修、廢料輸送等輔助工作。

⑴坯料生產(chǎn)。落料是將卷材加工成沖壓件生產(chǎn)所需的料片，其生產(chǎn)工藝為：卷材上料→開(kāi)卷→剪料頭→清洗→校平→送進(jìn)→落料壓機(jī)落料或剪切→堆垛。

為滿足料片生產(chǎn)，車間需配備全自動(dòng)開(kāi)卷落料生產(chǎn)線或全自動(dòng)剪切生產(chǎn)線，其中前者既可用于落料又可用于剪切，后者僅可用于剪切。目前國(guó)內(nèi)該類設(shè)備以進(jìn)口為主，國(guó)產(chǎn)為輔。開(kāi)卷落料線實(shí)例如圖1所示。

由于開(kāi)卷落料線的價(jià)格較高，所以在配置經(jīng)濟(jì)性上需有一定考慮，通常一條開(kāi)卷落料線的產(chǎn)量可匹配三條全自動(dòng)機(jī)械式?jīng)_壓生產(chǎn)線的產(chǎn)量，在選配該設(shè)備時(shí)需根據(jù)車間產(chǎn)品和產(chǎn)量而定。

圖1 開(kāi)卷落料線

⑵沖壓生產(chǎn)。

大型覆蓋件沖壓生產(chǎn)工藝主要有拉深、切邊、翻邊、成形、沖孔、整形等，根據(jù)沖壓件形狀、結(jié)構(gòu)的不同有所調(diào)整、組合，部分產(chǎn)品的典型生產(chǎn)工藝為：1)整體門框。拆垛上料裝置→拉延成形→修邊沖孔→斜楔修邊沖孔→翻邊整形→下線。2)頂蓋板。拆垛上料裝置→拉延成形→修邊沖孔→斜楔翻邊整形→整形沖孔→下線。

沖壓生產(chǎn)的壓機(jī)連線布置，壓機(jī)的數(shù)量則需根據(jù)沖壓件成形工藝及沖壓模具形式來(lái)定，三序、四序、五序、六序皆有，一般以四序居多。應(yīng)該說(shuō)工序越少則相應(yīng)壓機(jī)數(shù)量越少，車間固定投資就越低，但同時(shí)需考慮模具設(shè)計(jì)的可行性及模具復(fù)雜后所引起的費(fèi)用增加。而壓機(jī)設(shè)備的參數(shù)如公稱壓力、臺(tái)面尺寸、閉合高度等需根據(jù)產(chǎn)品工藝而定。壓機(jī)線數(shù)量的選擇則根據(jù)產(chǎn)品、產(chǎn)量、壓機(jī)線生產(chǎn)率而定，公式為：壓機(jī)線數(shù)量=∑(模具套數(shù)×生產(chǎn)綱領(lǐng))÷壓機(jī)線生產(chǎn)率(ASPM)÷設(shè)備年時(shí)基數(shù)。

其中，1)模具套數(shù)和生產(chǎn)綱領(lǐng)為規(guī)劃時(shí)已定。2)壓機(jī)線生產(chǎn)率同壓機(jī)本身運(yùn)行速度及沖壓件的輸送方式相關(guān)，壓機(jī)運(yùn)行速度為設(shè)備固有數(shù)值，而沖壓件輸送一般有兩種形式，一種為手工上下料，另一種為全自動(dòng)上下料(分為機(jī)器人和機(jī)械手)，機(jī)械手的輸送速度最快，其次為機(jī)器人輸送，人工最慢，相應(yīng)地投資也是由高到低。3)設(shè)備年時(shí)基數(shù)可從《機(jī)械工廠年時(shí)基數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中查取，或者根據(jù)公司體制從相關(guān)文件規(guī)定中獲得。1×2400t+3×1000t全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線如圖2所示。

⑶輔助區(qū)域。

1)模具維修。沖壓車間內(nèi)一般設(shè)置簡(jiǎn)單機(jī)修設(shè)備用于模具的日常小修，若壓機(jī)生產(chǎn)線負(fù)荷率較高，則需要在模具維修區(qū)域設(shè)置試模壓機(jī)，試模壓機(jī)的參數(shù)與生產(chǎn)線上最大設(shè)備的參數(shù)相同。

2)廢料輸送。沖壓生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生沖裁下來(lái)的廢料，在壓機(jī)線基礎(chǔ)上可設(shè)廢料輸送線用于收集廢料并集中排出。

3)沖壓件返修。在線上下料的沖壓件需設(shè)置整修區(qū)域用于整修沖壓件毛刺及表面缺陷。

圖2 1×2400t+3×1000t全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線

車間布置及物流

車間布置

根據(jù)沖壓件生產(chǎn)工藝，沖壓車間一般由卷料存放區(qū)、開(kāi)卷落料生產(chǎn)區(qū)、料片堆放區(qū)、模具堆放區(qū)、模具維修區(qū)、沖壓生產(chǎn)區(qū)、沖壓件暫存區(qū)、沖壓件維修區(qū)等組成，另外還有廢料間、叉車存放區(qū)域、車間辦公區(qū)、生活區(qū)等。圖3所示為沖壓車間布置。

物流

沖壓車間的物流路線是比較清晰明了的，主要是以下幾條線路。

⑴沖壓生產(chǎn)，生產(chǎn)物流路線如圖4所示。

將云服務(wù)提供商履行SLA的程度，作為信任模型的評(píng)估證據(jù)，更準(zhǔn)確地表達(dá)CSP的可信性。本文評(píng)估云服務(wù)提供商信任過(guò)程中檢測(cè)這些指標(biāo)是否得到了切實(shí)的保證，并且利用馬爾科夫模型預(yù)測(cè)CSP不能保證這些指標(biāo)的可能性，提前對(duì)CSP進(jìn)行調(diào)整。如果CSP及時(shí)地進(jìn)行了調(diào)整，則認(rèn)為CSP履行了其承諾，則信任值高，反之就低。

⑵模具，模具物流路線如圖5所示。

土建及公用配套要求

在沖壓車間的生產(chǎn)綱領(lǐng)、工藝、設(shè)備均確定以后就要對(duì)土建提出相應(yīng)的要求，以滿足生產(chǎn)需要。

土建

⑴車間尺寸。

1)車間跨度。主要根據(jù)壓機(jī)換模的形式而定，通常壓機(jī)有3種上模形式：前面上模、側(cè)面上模、左右上模。其中前上模所占面積最小，跨度為15m的廠房即可；側(cè)上模其次，廠房跨度要求24m；左右上模所占面積最大，目前沖壓車間通常均采用全自動(dòng)生產(chǎn)線，為提高整線生產(chǎn)效率也以采用左右上模居多，這也決定了沖壓車間的跨度一般為30m或36m。沖壓件倉(cāng)庫(kù)的跨度一般要求在24m以上，以方便叉車運(yùn)輸。

圖3 沖壓車間平面布置簡(jiǎn)圖

圖4 沖壓生產(chǎn)的物流路線

圖5 沖壓模具的物流路線

2)車間長(zhǎng)度。根據(jù)該跨內(nèi)的壓機(jī)布置形式而定，一般全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)區(qū)域所需長(zhǎng)度為60m左右，模具堆放區(qū)域的長(zhǎng)度需根據(jù)模具數(shù)量來(lái)測(cè)算。若一跨只布置一條沖壓線，一般車間長(zhǎng)度在120m左右即可，若模具數(shù)量多，則車間還需適當(dāng)延長(zhǎng)。相應(yīng)開(kāi)卷落料跨的長(zhǎng)度也為120m。

3)柱距?？紤]到跨與跨之間的模具運(yùn)輸及設(shè)備維修時(shí)所需的壓機(jī)大件運(yùn)輸要求和廠房的經(jīng)濟(jì)性，沖壓車間的柱距一般設(shè)置在9～12m之間。

4)車間高度。沖壓車間的高度根據(jù)壓機(jī)高度而定，由于生產(chǎn)大型覆蓋件的壓機(jī)一般最大為2400t壓機(jī)，其地面以上高度約為11～11.5m，考慮安全距離后，車間天車的軌頂高度一般為13～14m，再根據(jù)所選天車的高度可定出沖壓車間屋架下弦高度約為17m。其中壓機(jī)和天車的選用對(duì)車間高度的影響至關(guān)重要。開(kāi)卷落料跨的高度受開(kāi)卷落料線上壓機(jī)影響，軌頂高度為12m。沖壓件倉(cāng)庫(kù)的高度根據(jù)所堆沖壓件料架的高度及層數(shù)而定，僅考慮叉車運(yùn)輸?shù)膫}(cāng)庫(kù)一般為7m即可。

⑵建筑形式。

沖壓車間的建筑形式一般有混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)三種形式，可視具體項(xiàng)目而定。以前沖壓車間以混凝土結(jié)構(gòu)居多，而現(xiàn)在由于鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)與混凝土相差不多，而且鋼結(jié)構(gòu)的制作、安裝簡(jiǎn)單方便且建設(shè)周期短，所以目前大多數(shù)沖壓車間均采用鋼結(jié)構(gòu)形式。

車間地坪要求干凈、耐磨。環(huán)氧樹(shù)脂地坪、高強(qiáng)度耐磨地坪均可，要求更高的也可使用鋼砂地坪。

⑶載荷要求。

1)壓機(jī)載荷。根據(jù)壓機(jī)荷重、換模小車重量、模具重量而定，由于機(jī)械壓力機(jī)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊荷載，所以在計(jì)算壓機(jī)載荷時(shí)需考慮動(dòng)載荷。

2)天車載荷。沖壓車間所用天車一般需選用32t和50t天車，需根據(jù)天車產(chǎn)品規(guī)格提出自重、輪壓、輪距等參數(shù)。

3)地坪荷載。沖壓車間除壓機(jī)線區(qū)域外，大部分面積用于堆放模具，一般模具堆放層數(shù)為二層，所以車間的地坪荷載為100kPa左右。卷料或板料堆放區(qū)域需根據(jù)堆放形式而定，使用專用料架堆放并超過(guò)二層的話，地坪荷載需考慮150kPa。

4)管線荷載。沖壓車間柱子上會(huì)有水、電、氣、風(fēng)、消防等管道，其載荷在計(jì)算時(shí)需一并考慮。另外，在壓機(jī)線邊的柱子上，一般需設(shè)電柜平臺(tái)用于放置壓機(jī)及自動(dòng)化裝置的配電柜，該柱子的荷載也需考慮。

⑷壓機(jī)基礎(chǔ)。

沖壓車間內(nèi)自動(dòng)化壓機(jī)線的基礎(chǔ)是一項(xiàng)非常重要的土建內(nèi)容，其形式有獨(dú)立基礎(chǔ)、貫通式基礎(chǔ)、地下室基礎(chǔ)三種形式。獨(dú)立基礎(chǔ)為壓機(jī)線上的每臺(tái)壓機(jī)均為獨(dú)立基礎(chǔ)，互相之間不連通，這一基礎(chǔ)形式造價(jià)最便宜，但每臺(tái)壓機(jī)設(shè)備需要單獨(dú)出廢料，并在車間內(nèi)運(yùn)輸，相對(duì)大批量生產(chǎn)而言，會(huì)對(duì)車間生產(chǎn)和物流產(chǎn)生很大的影響，所以這種形式目前不多見(jiàn)。貫通式基礎(chǔ)是將每臺(tái)壓力機(jī)基礎(chǔ)貫通布置，并在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置廢料輸送線，收集沖壓廢料，并集中輸送到廢料間，由于這一形式使廢料物流與生產(chǎn)物流完全分開(kāi)，同時(shí)增加了壓力機(jī)維修的方便性，故目前較常用。地下室基礎(chǔ)是在壓力機(jī)范圍內(nèi)做一地下室或?qū)簷C(jī)線布置在二樓，由于這一形式使壓力機(jī)基礎(chǔ)成為一個(gè)大空間，除布置壓力機(jī)設(shè)備、廢料輸送線外還可布置公用動(dòng)力、配電設(shè)施及部分維修區(qū)域，使車間使用面積大大增加，但由于造價(jià)過(guò)高，目前使用也不多。

貫通式壓力機(jī)基礎(chǔ)根據(jù)設(shè)備情況而定，不同供應(yīng)商的產(chǎn)品數(shù)據(jù)會(huì)有所不同，通常4工位的壓機(jī)線地坑凈寬9.5m、深7m、長(zhǎng)約35m。除此之外，還需為廢料輸送線主線設(shè)置地坑，其與壓力機(jī)地坑相接并垂直布置，深度同壓力機(jī)地坑相同或較淺，寬度約為4m。

公用動(dòng)力配套設(shè)施

沖壓車間的公用配套設(shè)施一般較為簡(jiǎn)單，水、電、氣為設(shè)備必需，另外就是根據(jù)項(xiàng)目情況決定是否上送冷風(fēng)、采暖、除濕等設(shè)施。

⑴電。電力是沖壓車間使用的主要能源，使用區(qū)域主要集中在全自動(dòng)沖壓線和開(kāi)卷落料線，所以車間變壓器在布置時(shí)盡量靠近設(shè)備。

⑵壓縮空氣。沖壓車間內(nèi)的用氣點(diǎn)主要在沖壓設(shè)備、模修、沖壓件維修等區(qū)域，壓縮空氣的品質(zhì)要求為：氣源壓力6bar，壓縮空氣中油的含量為25mg/m3，顆粒直徑40μm，顆粒含量10mg/m3。

⑶循環(huán)冷卻水。循環(huán)冷卻水主要用于壓力機(jī)設(shè)備，進(jìn)水溫度32℃，出水溫度37℃，需要使用軟水或純水以防結(jié)垢損傷設(shè)備。

⑷生產(chǎn)環(huán)境。為了防止沖壓件生銹，車間的相對(duì)濕度應(yīng)控制在65%以內(nèi)。因沖壓件表面質(zhì)量要求，車間需要清潔的環(huán)境，除地面需防塵處理外，正式生產(chǎn)前廠房需要做深度清潔，生產(chǎn)時(shí)也要嚴(yán)格控制空氣中的含塵量。

表1 四工位沖壓線人員配置對(duì)比

⑸其他。1)消防。沖壓車間屬戊類生產(chǎn)，其對(duì)消防、排煙等均無(wú)特殊要求。2)環(huán)保。沖壓車間所產(chǎn)生的環(huán)境影響主要為壓力機(jī)生產(chǎn)所引起的噪聲、振動(dòng)和廢料輸送線所引起的噪聲。所以沖壓車間的門、墻需用隔聲材料，窗用雙層真空玻璃窗，而壓力機(jī)下需安裝隔振墊，以減小噪聲及振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響。當(dāng)然在總圖布置時(shí)也必須考慮沖壓車間周邊盡量減少住宅、學(xué)校、醫(yī)院等民用設(shè)施。

車間人員規(guī)劃

自動(dòng)線與手工線相比，每班人數(shù)明顯減少，人員配置由高勞動(dòng)負(fù)荷的沖壓工向高技能要求的自動(dòng)化操作人員轉(zhuǎn)變，工人體力勞動(dòng)強(qiáng)度降低，如表1所示。

相對(duì)自動(dòng)化線，人員配備差異較大的原因主要在于對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性、質(zhì)量穩(wěn)定性的重視程度：對(duì)于大型件，自動(dòng)化線的產(chǎn)能是手動(dòng)線的3倍以上，自然設(shè)備保全、模具保全人數(shù)更多，以維持穩(wěn)定生產(chǎn)。同時(shí)，增加大量在線檢查人員以及早發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，維持質(zhì)量穩(wěn)定。需要注意的是，新增加工種的技能、素質(zhì)需要培訓(xùn)儲(chǔ)備。

結(jié)束語(yǔ)

沖壓車間負(fù)荷較大，對(duì)土建、公用配置的要求較高，本文從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)沖壓車間在設(shè)計(jì)中所涉及的幾個(gè)方面進(jìn)行了統(tǒng)一闡述，希望對(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)該類型車間的工藝技術(shù)人員起到參考作用。