汽車制造課件-汽車鈑金沖壓

1、汽 車 沖 壓目 錄：第 章 汽車沖壓概論第 章 汽車沖壓生產(chǎn)設(shè)備第 章 汽車沖壓材料第 章 汽車覆蓋件沖壓工藝與模具第 章 汽車沖壓件檢測第 章 汽車沖壓安全保護(hù).認(rèn)識汽車車身發(fā)展的歷程。.認(rèn)識汽車車身覆蓋件結(jié)構(gòu)。 .認(rèn)識沖壓成形基礎(chǔ)知識。.認(rèn)識車身覆蓋件成形工藝。第一章 汽車沖壓概論學(xué)習(xí)目標(biāo).汽車車身覆蓋件.汽車車身發(fā)展史 從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，汽車設(shè)計師把主要精力都用在了汽車機(jī)械工程學(xué)的發(fā)展和革新上。20世紀(jì)前半期，汽車的基本構(gòu)造已經(jīng)全部發(fā)明出來，汽車設(shè)計者們開始著手從汽車外部造型上進(jìn)行改進(jìn)，并相繼引入了空氣動力學(xué)、流體力學(xué)、人體工程學(xué)以及工業(yè)造型設(shè)計（工業(yè)美學(xué)）等概念，力求讓汽車能

2、夠從外形上滿足各種年齡、各種階層，甚至各種文化背景的人的不同需求，使汽車真正成為科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合的統(tǒng)一體，從而達(dá)到最完善的境界。汽車車身的作用主要是保護(hù)駕駛?cè)艘约皹?gòu)成良好的空氣力學(xué)環(huán)境。好的車身不僅能帶來更佳的性能，也能體現(xiàn)出汽車主人的個性。 汽車車身結(jié)構(gòu)主要包括：車身殼體、車門、車窗、車前板制件、車身內(nèi)外裝飾件和車身附件、座椅以及通風(fēng)、暖氣、冷氣、空氣調(diào)節(jié)裝置等等。汽車造型師們把汽車裝扮成人類的肌體，例如：汽車的眼睛前照燈；嘴進(jìn)風(fēng)口；肺空氣濾清器；血管油路；神經(jīng)電路；心臟發(fā)動機(jī)；胃油箱；腳輪胎；肌肉機(jī)械部分，力圖使之具有藝術(shù)魅力，給人以美感。汽車車身在發(fā)展過程中主要經(jīng)歷了馬車形汽車、箱形汽車

3、、甲殼蟲形汽車、船形汽車、魚形汽車、楔形汽車。.馬車形汽車.箱形汽車.甲殼蟲形汽車.船形汽車.魚形汽車.楔形汽車 汽車車身給駕駛?cè)颂峁┍憷墓ぷ鳁l件，給乘員提供舒適的乘坐條件，保護(hù)他們免受汽車行駛時的振動、噪聲、廢氣的侵襲以及外界惡劣氣候的影響，并保證完好無損地運載貨物且裝卸方便。汽車車身上的一些結(jié)構(gòu)措施和設(shè)備還有助于安全行車和減輕事故的后果。車身保證了汽車具有合理的外部形狀，在汽車行駛時能有效地引導(dǎo)周圍的氣流，以減少空氣阻力和燃料消耗。此外，車身有助于提高汽車行駛穩(wěn)定性和改善發(fā)動機(jī)的冷卻條件，并保證車身內(nèi)部良好的通風(fēng)。汽車車身是一件精致的綜合藝術(shù)品，應(yīng)以其明晰的雕塑形體、優(yōu)雅的裝飾件和內(nèi)部覆

4、飾材料，以及悅目的色彩使人獲得美的感受，點綴人們的生活環(huán)境。 汽車是現(xiàn)代社會一個必不可少的交通工具，而汽車車身是汽車不可分割的一部分，也是汽車風(fēng)景中那道獨特的色彩，它兼具了實用性和美觀性兩大內(nèi)容。.車身覆蓋件結(jié)構(gòu).車身的定義及功能（1）車身的定義駕駛?cè)说墓ぷ鲌鏊?，也是容納乘客和貨物的場所,起到封閉作用，還應(yīng)保證行車安全和減輕事故后果。（2）車身的功能車身具有如下功能：為駕駛?cè)颂峁┝己玫牟僮鳁l件和舒適的工作場所。由于車身可以隔離汽車行駛時的振動、噪聲、廢氣以及惡劣氣候的影響，所以車身可以為乘員提供舒適的乘坐條件。保證完好無損地運載貨物且裝卸方便。車身結(jié)構(gòu)和設(shè)備可以保證行車安全和減輕事故后果。車身

5、合理的外部形狀，可以在汽車行駛時有效引導(dǎo)周圍的氣流，提高汽車的動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性和行駛穩(wěn)定性，改善發(fā)動機(jī)的冷卻條件和駕駛室內(nèi)的通風(fēng)。.汽車車身的種類汽車車身的種類很多，根據(jù)車型和結(jié)構(gòu)不同，有不同的分類方法。根據(jù)車型的不同，可分為轎車車身、大型客車車身及載貨汽車車身（包括駕駛室和車廂）。根據(jù)車身承載形式的不同，可分為非承載式車身、半承載式車身及承載式車身。根據(jù)車身結(jié)構(gòu)的不同，可分為有骨架車身、無完整骨架車身。.車身覆蓋件結(jié)構(gòu)汽車車身是由白車身、車身內(nèi)飾件、外飾件、車窗、座椅、通風(fēng)裝置等組成，其中白車身是指覆蓋件焊接后尚未進(jìn)行噴漆的汽車車身結(jié)構(gòu)。白車身（覆蓋件）主要是由四門、三蓋（發(fā)動機(jī)蓋總成、行

6、李箱蓋總成、頂蓋總成）、左右翼子板總成、左右側(cè)圍、地板總成、發(fā)動機(jī)艙總成、行李箱總成等組成。如圖1-7所示。圖轎車車身覆蓋件（1）發(fā)動機(jī)艙總成如圖1-8所示，發(fā)動機(jī)機(jī)艙總成的作用是安置汽車的發(fā)動機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)向裝置、制動裝置等重要總成，其作用越來越重要，肩負(fù)著被動安全性的重要使命，即當(dāng)汽車發(fā)生意外的正面碰撞時，發(fā)動機(jī)艙會折曲變形以吸收碰撞產(chǎn)生的巨大能量，減少碰撞對車內(nèi)外人員的猛烈沖擊，起到保護(hù)車內(nèi)乘員的作用。發(fā)動機(jī)艙總成由左前擋泥板總成、右前擋泥板總成、前圍擋板總成、散熱器前橫梁總成四部分構(gòu)成。圖1-9前地板總成（2）前地板總成如圖1-9所示，前地板總成是車身下部非常重要的部件。主要承載前排座

7、椅兼有承重的任務(wù)，因此地板結(jié)構(gòu)保持足夠的剛度和強(qiáng)度是至關(guān)重要的，前地板承重部位應(yīng)力變化復(fù)雜，零部件安裝部位等多處加橫梁、加強(qiáng)板等，并在前地板主板上壓制加強(qiáng)筋和凸凹平臺，從而提高地板的強(qiáng)度。前地板總成由前地板、左下后加強(qiáng)梁、右下后加強(qiáng)梁、駐車制動操縱機(jī)構(gòu)加強(qiáng)板、前地板上橫梁、前地板左邊梁、前地板右邊梁等組件構(gòu)成。圖發(fā)動機(jī)艙總成圖前地板總成（3）后地板總成如圖1-10所示，后地板總成的主要作用是承載后排座椅、備胎、油箱。其強(qiáng)度和剛度是由在主板上壓制的加強(qiáng)筋、凸凹平臺和后車架總成保證的。后地板部分同時還影響到整車的四輪定位尺寸，所以對后地板的裝配精度要求比較高。后地板總成由后地板、后地板左縱梁總成、

8、后地板右縱梁總成、后地板第二橫梁分總成、后地板第一橫梁分總成等組件構(gòu)成。（4）前圍上部總成如圖1-11所示，前圍上部總成的主要作用為裝配儀表板及轉(zhuǎn)向座等總成，由前圍上部內(nèi)板總成、前圍上部外板總成、轉(zhuǎn)向管柱安裝支座總成、儀表板左右側(cè)端內(nèi)板構(gòu)成。圖后地板總成圖前圍上部總成（5）左右側(cè)圍總成如圖1-12所示，側(cè)圍總成是形成轎車左右側(cè)壁，組成乘員室的重要結(jié)構(gòu)。它主要由側(cè)圍焊接總成組成，是支撐頂蓋，連接車身前后部分的側(cè)圍面構(gòu)件，是固定前后風(fēng)窗玻璃，并用來安裝側(cè)門，保證車身受到側(cè)面撞擊安全性的承載框架，具有較大的抗彎、抗扭的剛性和強(qiáng)度。側(cè)圍總成由側(cè)圍外板總成、前柱內(nèi)板、中立柱內(nèi)板、輪罩總成四部分構(gòu)成。（6

9、）四門總成如圖1-13所示，四門總成分為左前門總成、右前門總成、左后門總成、右后門總成。四門總成由內(nèi)板、外板、防撞梁、鉸鏈及螺栓構(gòu)成，四門總成與側(cè)圍總成組成乘員室。四門各一根防撞梁，大大增強(qiáng)了抵抗前方、橫向碰撞的能力。圖左右側(cè)圍總成圖四門總成（7）發(fā)動機(jī)蓋總成如圖1-14所示，發(fā)動機(jī)蓋（又稱發(fā)動機(jī)罩）是最醒目的車身構(gòu)件，是購車者經(jīng)常要仔細(xì)觀看的部件之一。對發(fā)動機(jī)蓋的主要要求是隔熱隔聲、自身質(zhì)量輕、剛性強(qiáng)。發(fā)動機(jī)蓋一般由外板和內(nèi)板組成，中間夾以隔熱材料，內(nèi)板起到增強(qiáng)剛性的作用，基本上是骨架形式。發(fā)動機(jī)蓋開啟時一般是向后翻轉(zhuǎn)，向后翻轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)蓋打開至預(yù)定角度，不應(yīng)與前風(fēng)窗玻璃接觸。為防止汽車在行駛

10、過程由于振動自行開啟，發(fā)動機(jī)蓋前端要有保險鎖鉤鎖止裝置。發(fā)動機(jī)蓋板總成由發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)板、發(fā)動機(jī)蓋外板、發(fā)動機(jī)罩左右鉸鏈總成及六角頭螺栓構(gòu)成。（8）行李箱蓋總成如圖1-15所示，行李箱蓋要求有良好的剛性，結(jié)構(gòu)上與發(fā)動機(jī)蓋基本相同，也有外板和內(nèi)板，內(nèi)板有加強(qiáng)筋。一些被稱為“二廂半”的轎車，其行李箱向上延伸，包括后風(fēng)窗玻璃在內(nèi)，使開啟面積增加，形成一個門，因此又稱為背門，這樣既保持一種三廂車形狀又能夠方便存放物品。如果轎車采用背門形式，背門內(nèi)板側(cè)要嵌裝橡膠密封條，圍繞一圈以防水防塵。行李箱蓋開啟的支撐件一般用勾形鉸鏈及四連桿鉸鏈，鉸鏈裝有平衡彈簧，使啟閉箱蓋省力，并可自動固定在打開位置，便于提取物品。

11、行李箱蓋總成由行李箱蓋后排座椅掛鉤固定板總成、行李箱主蓋板、左右側(cè)連接角板和流水槽構(gòu)成。圖發(fā)動機(jī)蓋總成圖行李箱蓋總成（9）翼子板如圖1-16所示，翼子板是遮蓋車輪的車身外板，因舊式車身該部件形狀及位置似鳥翼而得名。按照安裝位置又分為前翼子板和后翼子板，前翼子板安裝在前輪處，因此必須要保證前輪轉(zhuǎn)動及跳動時的最大極限空間，設(shè)計者會根據(jù)選定的輪胎型號尺寸用“車輪跳動圖”來驗證翼子板的設(shè)計尺寸。后翼子板無車輪轉(zhuǎn)動碰擦的問題，但出于空氣動力學(xué)的考慮，后翼子板略顯拱形弧線向外凸出。現(xiàn)在很多轎車翼子板已與車身本體成為一個整體。對于白車身來說翼子板碰撞機(jī)會比較多，所以前翼子板一般是獨立裝配，這樣容易整件更換。

12、（10）頂蓋總成如圖1-17所示，車頂蓋是車廂頂部的蓋板。對于轎車車身的總體剛度而言，頂蓋不是很重要的部件。從設(shè)計角度來講，重要的是它如何與前、后窗框及與支柱交界點平順過渡，以求得最好的視覺感和最小的空氣阻力。為了安全，車頂蓋還應(yīng)有一定的強(qiáng)圖1-16翼子板圖1-17頂蓋總成度和剛度，一般在頂蓋下增加一定數(shù)量的加強(qiáng)梁，頂蓋內(nèi)層敷設(shè)絕熱襯墊材料，以阻止外界溫度的傳導(dǎo)及減少振動時噪聲的傳遞。頂蓋總成由頂蓋外板、頂蓋1號橫梁、頂蓋2號橫梁、頂蓋3號橫梁四部分構(gòu)成。三個橫梁大大提高了頂蓋總成的強(qiáng)度。圖翼子板圖頂蓋總成（11）后圍板總成如圖1-18所示，后圍板總成由行李箱門橫梁、后圍板、行李箱門鎖安裝板總

13、成、后圍加強(qiáng)板構(gòu)成。后圍板總成參與了構(gòu)成行李箱，是車體固件中承受橫向載荷的主要部位之一。（12）行李箱隔板總成如圖1-19所示，行李箱隔板總成由后排座椅掛鉤固定板總成、行李箱主蓋板、左右側(cè)連接角板、流水槽構(gòu)成。其主要作用是構(gòu)成行李箱和固定后排座椅。圖后圍板總成圖行李箱隔板總成.汽車沖壓生產(chǎn)汽車沖壓生產(chǎn)是生產(chǎn)車身沖壓件，主要是指車身的內(nèi)、外覆蓋件，如駕駛室、發(fā)動機(jī)蓋、車門等。這些沖壓件是由薄鋼板在雙軸向拉延應(yīng)力的作用下產(chǎn)生變形而成為曲面覆蓋件的。覆蓋件的特征是具有形狀復(fù)雜的空間曲面，要求表面光潔、剛性好和美觀。這些要求是通過加工過程中工件產(chǎn)生足夠的塑性變形并與模型相吻合而獲得的。生產(chǎn)車身沖壓件的

14、工藝方法很多，現(xiàn)簡要介紹如下。1.雙動壓力機(jī)拉延成形這種工藝方法的主要內(nèi)容是：在拉延之前，裝夾于壓力機(jī)外滑塊上的壓邊圈先將薄鋼板毛坯四周壓緊在凹模上，安裝在內(nèi)滑塊上的模具，再將鋼板毛坯引入凹模內(nèi)完成拉延成形。拉延之后，再經(jīng)單動壓力機(jī)上的配套沖模進(jìn)行修邊、翻邊、沖孔等工序，最后成為完整的合格產(chǎn)品。這種工藝方法歷史悠久，技術(shù)完備，能成形各種復(fù)雜形狀的車身覆蓋件，因此被廣泛采用。2.張拉成形這種工藝方法的內(nèi)容是：先使薄鋼板產(chǎn)生彈性極限范圍內(nèi)的單向張拉應(yīng)力，以利于在以后壓制成形時鋼板各部分均能處于塑性變形狀態(tài)，從而達(dá)到成形穩(wěn)定、提高沖制精度的目的。其成形過程如圖1-20所示。3.擴(kuò)張成形這是由四個車身

15、沖壓件組合成盒形的薄板沖壓件的成形工藝。方盒形的毛坯通過心部的內(nèi)沖頭組向外圍的外沖模組進(jìn)行徑向擴(kuò)張，使方盒形毛坯處于張拉狀態(tài)，外沖模組從四周朝內(nèi)沖頭組作徑向移動，與內(nèi)沖頭組閉合，毛坯即成為四個沖壓件。擴(kuò)張成形的工藝過程如圖1-21所示。圖1-21a所示為通過切斷、卷圓、焊接和擴(kuò)張等工藝程序，制成方盒形毛坯；圖1-21b所示為把毛坯套入擴(kuò)張成形機(jī)內(nèi)的內(nèi)沖頭組上，依次擴(kuò)張成形；圖1-21c所示為將成形好的毛坯送入切開機(jī)上切成四件。沖壓廠是車身廠的重要組成部分，車身沖壓廠具有以下特點：（1）車身沖壓廠的組成車身沖壓廠一般由以下幾部分組成：薄鋼板卷料倉庫。卷料開卷落料生產(chǎn)線。成垛落料毛坯的儲存和輸送系

16、統(tǒng)。沖壓生產(chǎn)線。沖壓件儲存和輸送系統(tǒng)。沖壓廢料的輸送、分理、打包和儲存系統(tǒng)。模具的安裝、調(diào)整、儲存和維修系統(tǒng)。設(shè)備和機(jī)械裝置的維修和易損備件的更換系統(tǒng)。（2）車間的平面布置如圖1-22所示為車身沖壓廠車間的典型平面布置圖，圖中說明了沖壓生產(chǎn)過程中組成部分所處的合理位置。近年來，由于汽車工業(yè)迅速發(fā)展，而新建的大型車身沖壓車間，大體上與圖1-22相同，但其廠房結(jié)構(gòu)和平面布置又完全不一樣，可以概括出以下三個特點：利用壓力機(jī)的帶形基礎(chǔ)，建成二層樓的沖壓車間，帶形基礎(chǔ)的鋼梁上（即車間樓上）為壓力機(jī)生產(chǎn)線，屬于沖壓生產(chǎn)系統(tǒng)，在帶形基礎(chǔ)的地溝內(nèi)設(shè)廢料處理系統(tǒng)，車間樓下為鋼板卷料儲存?zhèn)}庫。鋼板卷料通過專用軌道

17、從樓上進(jìn)入沖壓車間，沖壓廢料通過另一條專用軌道從一樓送出沖壓車間。零件先進(jìn)入集裝箱，用叉車送到高架倉庫，然后再分送至裝配生產(chǎn)線。圖張拉成形過程圖擴(kuò)張成形過程圖沖壓廠車間典型平面布置圖.沖壓成形基礎(chǔ)汽車零件的沖壓主要是指金屬板料在常溫下的沖壓，即通過安裝在壓力機(jī)上的模具，對板料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得一定尺寸、一定形狀和一定性能的汽車零件的加工方法。1.3.1覆蓋件的成形特點汽車覆蓋件總體尺寸大、相對厚度小、形狀復(fù)雜、輪廓內(nèi)部帶有局部形狀，這些結(jié)構(gòu)特點決定了其沖壓成形具有如下特點。1.一次拉深成形對于軸對稱零件或盒形零件，若拉深系數(shù)小于一次拉深的極限拉深系數(shù)，則不能一次拉延成形

18、，需要采用多次拉深成形，并且可以計算出每次拉深的拉深系數(shù)等工藝參數(shù)及中間毛坯尺寸等，但對于汽車覆蓋件來說，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變形復(fù)雜，因此其規(guī)律難以定量把握，以目前的技術(shù)水平還不能進(jìn)行多次拉深工藝參數(shù)的確定。而且多次拉深易形成的沖擊線、彎曲痕跡線也會影響其表面質(zhì)理，這對覆蓋件是不允許的。因此，汽車覆蓋件的成形都是采用一次拉深成形。2.拉脹復(fù)合成形汽車覆蓋件成形過程中的毛坯變形不是簡單的拉深變形，而是拉深和脹形同時存在的復(fù)合成形。一般來說，除內(nèi)凹形輪廓（如L形輪廓）對應(yīng)的壓料面外，壓料面上毛坯的變形為拉深變形，而輪廓內(nèi)部（特別是中心區(qū)域）毛坯的變形為脹形變形。3.局部成形輪廓內(nèi)部有局部形狀的零件沖

19、壓成形時，壓料面上的毛坯受到壓邊圈的壓力，隨著凸模的下行而首先產(chǎn)生變形并向凹模內(nèi)流動。當(dāng)凸模下行到一定深度時，局部形狀開始成形，并在成形過程的最終時刻全部貼模。因此，局部形狀外部的毛坯難以向該部位流動，該部位的成形主要靠毛坯在雙向拉應(yīng)力下的變薄來實現(xiàn)面積的增大，即這種內(nèi)部局部成形為脹形成形。4.變形路徑變化汽車覆蓋件沖壓成形的過程中，內(nèi)部的毛坯不是同時貼模，而是隨著沖壓過程的進(jìn)行而逐步貼模。這種逐步貼模過程，使毛坯保持塑性變形所需的成形力不斷變化，毛坯各部位板面內(nèi)的主應(yīng)力方向與大小、板平面內(nèi)兩主應(yīng)力之比等受力情況不斷變化，毛坯（特別是內(nèi)部毛坯）產(chǎn)生變形的主應(yīng)變方向與大小、板平面內(nèi)兩主應(yīng)變之比等

20、變形情況也隨之不斷地變化，即毛坯在整個沖壓過程中的變形路徑不是一成不變的，而是改變的。1.3.2沖壓成形工序由于沖壓件的形狀、尺寸和精度要求不同，因此，沖壓加工方法是多種多樣的。根據(jù)材料的變形特點及企業(yè)現(xiàn)行的習(xí)慣，沖壓的基本工序可分為分離工序與成形工序兩大類。分離工序是使沖壓件與板料沿要求的輪廓線相互分離，并獲得一定斷面質(zhì)量的沖壓加工方法。成形工序是使沖壓毛坯在不破裂的條件下發(fā)生塑性變形，以獲得所要求形狀、尺寸的零件的沖壓加工方法。按沖壓方式的不同，又有多種基本工序，見表1-1。上述沖壓成形的分類方法比較直觀，真實地反映出各類沖壓成形過程及其工藝特點，便于制訂各類零件的沖壓工藝并進(jìn)行沖模設(shè)計，

21、在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。在實際生產(chǎn)中，當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，如果僅以表中所列的基本工序組成沖壓工藝過程，則生產(chǎn)率可能很低，不能滿足生產(chǎn)需要。因此，一般采用組合工序，即把兩個以上的基本工序組合成一道工序，構(gòu)成復(fù)合、級進(jìn)、復(fù)合-級進(jìn)的組合工序。小 結(jié)：1.汽車車身的發(fā)展經(jīng)歷了馬車形、箱形、甲殼蟲形、船形、魚形和楔形六個階段。2.汽車車身覆蓋件包括四門、發(fā)動機(jī)蓋、行李箱蓋、車頂蓋、左右側(cè)圍、翼子板、地板、發(fā)動機(jī)艙、行李箱等總成。3.沖壓工序可分為成形工序和分離工序兩大類。分離工序包知落料、沖孔、切邊等幾種基本工序；成形工序包括變曲、拉深、整形等幾種基本工序；復(fù)合工序是將幾種基本工序組合在一起，可提高生

22、產(chǎn)效率。1.認(rèn)識覆蓋件沖壓生產(chǎn)方式及特點。2.認(rèn)識汽車沖壓生產(chǎn)線及相關(guān)設(shè)備。第二章 汽車沖壓概論學(xué)習(xí)目標(biāo)2.1汽車沖壓車間2.1.1汽車沖壓車間特點在汽車制造業(yè)中，沖壓車間屬于投資最大的生產(chǎn)領(lǐng)域之一。由于其投資額高、所選定的生產(chǎn)技術(shù)使用期長，所以要求嚴(yán)謹(jǐn)、仔細(xì)地制訂投資和生產(chǎn)規(guī)劃。汽車沖壓車間主要由模具和生產(chǎn)設(shè)備組成，其生產(chǎn)設(shè)備主要由開卷落料線、沖壓線以及橋式起重機(jī)、叉車等生產(chǎn)輔助設(shè)備組成。汽車沖壓車間可分為兩大工序：分離工序和成形工序。其中分離工序在開卷落料線完成，在沖壓線完成拉深、修邊、翻邊、沖孔、整形等成形工藝。沖壓設(shè)備是沖壓工藝及模具設(shè)備的一項重要內(nèi)容，它直接關(guān)系到設(shè)備的安全和合理使用

23、，也關(guān)系到生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、模具使用壽命等一系列問題。汽車沖壓車間的機(jī)械化和自動化程度是衡量汽車車身制造水平的重要標(biāo)志之一。汽車沖壓生產(chǎn)除了采用新工藝、新技術(shù)和先進(jìn)的沖壓設(shè)備外，還要提高沖壓生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動化程度，才能有效地提高沖壓設(shè)備的生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，做到安全文明生產(chǎn)。目前，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模,汽車沖壓車間在進(jìn)行工廠建設(shè)規(guī)劃時，一般都采購一條開卷落料線和至少一條自動化沖壓生產(chǎn)線以及試模壓力機(jī)、橋式起重機(jī)、叉車以及模具轉(zhuǎn)運車等設(shè)備，如圖2-1所示，圖中所示為一條落料線和兩條自動化沖壓線的車間平面布局。2.1.2汽車沖壓設(shè)備概述車身沖壓的主要

24、設(shè)備為壓力機(jī)，壓力機(jī)按照一定方式組合成為沖壓生產(chǎn)線。由于壓力機(jī)及其組合方式不同，車身沖壓機(jī)械化、自動化和生產(chǎn)率也存在著較大的差別。車身設(shè)備沖壓和生產(chǎn)線的發(fā)展經(jīng)歷了以下四個階段。1.單臺壓力機(jī)多品種輪換生產(chǎn)用單臺壓力機(jī)進(jìn)行沖壓生產(chǎn)，每完成一道工序就要更換一次模具，而且要存放大量的半成品，其占地面積大，生產(chǎn)效率低，搬運的次數(shù)較多，沖壓件質(zhì)量差。但因單臺壓力機(jī)設(shè)備投資少，所以一些小型汽車配套廠一般采用這種方式進(jìn)行沖壓成形。2.多臺壓力機(jī)組成的沖壓流水生產(chǎn)線該種生產(chǎn)線有以下三種組合形式：（1）半流水線生產(chǎn)線將雙動壓力機(jī)拉深的半成品成批存放，然后送到多臺單動壓力機(jī)構(gòu)成的流水線進(jìn)行后續(xù)成形。（2）流水生產(chǎn)

25、線雙動壓力機(jī)與多臺單動壓力機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，通過固定膠帶機(jī)傳遞各工序之間的半成品，而模具中的沖壓半成品的取出和放入由人工操作完成。（3）半機(jī)械化流水線作業(yè)將多臺壓力機(jī)（雙動和單動）之間通過膠帶機(jī)連接起來，膠帶的高度和長度可進(jìn)行調(diào)節(jié)，用機(jī)械化取料裝置從模具中將沖壓半成品取出，僅需要人工進(jìn)行上料。3.多臺壓力機(jī)組成的沖壓自動生產(chǎn)線這種沖壓自動化生產(chǎn)線仍有多臺壓力機(jī)組成，但各臺壓力機(jī)之間都配有機(jī)械化上料與下料裝置。目前，常見的沖壓自動化生產(chǎn)線有以下幾種形式：（1）多臺壓力機(jī)配備通用搬運機(jī)器人組成的普通沖壓生產(chǎn)線此生產(chǎn)線如圖2-2所示。（2）多臺壓力機(jī)配備專用機(jī)械手組成的高速沖壓線此生產(chǎn)線如圖2-3所示。圖

26、普通沖壓生產(chǎn)線圖高速沖壓生產(chǎn)線拆垛機(jī)清洗機(jī)對中臺上料機(jī)械手搬運機(jī)械手移動工作臺端拾器更換小車廢料槽搬運機(jī)械手纖維傳送帶4.大型單臺多工位壓力機(jī)自動生產(chǎn)線在覆蓋件沖壓領(lǐng)域，大型多工位壓力機(jī)是最先進(jìn)、最高效的沖壓設(shè)備，是高自動化、高柔性化的典型代表。它通常由拆垛機(jī)、大型壓力機(jī)、三坐標(biāo)工件傳送系統(tǒng)和碼垛工位組成，如圖2-4所示。生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)1625次/min,是手工送料流水線的45倍，是普通沖壓生產(chǎn)線的23倍。它是當(dāng)今世界汽車制造業(yè)首選的最先進(jìn)的沖壓設(shè)備，目前世界已能生產(chǎn)95000壓力的大型多工位壓力機(jī)。2.2開卷落料線開卷落料線是一種適用于汽車、鋼板配送等行業(yè)表面覆蓋件卷板的開卷、清洗、校平、落料

27、和堆垛的板材加工設(shè)備，隨著國內(nèi)汽車工業(yè)的不斷進(jìn)步，采用自動化開卷落料線的廠家也越來越多，尤其是國內(nèi)的汽車合資企業(yè)。開卷落料線按照功能可分為三個單元，主要包括開卷單元、壓機(jī)單元和堆垛單元，其中各個單元又由不同的設(shè)備組合而成（如圖2-5所示），下面將對這些單元進(jìn)行一一介紹。2.2.1開卷單元開卷單元的主要由卷料穿梭裝置、開卷機(jī)、卷料穿帶裝置、剪頭料機(jī)、卷料清洗機(jī)、校直機(jī)、活套緩沖坑、送料輥以及伸縮式輥子輸送機(jī)組成。.卷料穿梭裝置卷料穿梭裝置可以同時裝載兩個卷料，為落料線的生產(chǎn)做卷料準(zhǔn)備。其小車是由一臺橫向移動裝置和配備導(dǎo)柱的液壓升降缸組成。卷料穿梭裝置上裝有軌道，其四個輪子的運動方向和生產(chǎn)方向平行

28、，通過液壓驅(qū)動來進(jìn)行移動（如圖2-6所示）。液壓升降缸位于地平面以下，當(dāng)卷料放置到卷料支撐輥上后，液壓升降缸將卷料提高到開卷器心軸高度。卷料升降高度的檢測由一對光學(xué)開關(guān)控制。圖2-5開卷落料線1卷料穿梭裝置2開卷機(jī)3卷料穿料裝置4剪頭料機(jī)5卷料清洗機(jī)6校直機(jī)7活套緩沖坑8輥子送料設(shè)備9伸縮式輥子輸送機(jī)10落料模11落料壓力機(jī)12伸縮式輸送機(jī)13堆垛機(jī)14堆垛小車1基座2卷料升降液壓缸3小車移動液壓缸4軌道5卷料存放支撐輥6卷料防傾斜限位桿7光學(xué)開關(guān).開卷機(jī)開卷機(jī)用于將卷料從頂部或底部至支撐處進(jìn)行開卷，主要由橫移機(jī)座、開卷機(jī)心軸、交流變頻電動機(jī)以及液壓壓緊輥組成。開卷機(jī)橫移機(jī)架采用牢固焊接設(shè)計，

29、通過配備絕對編碼器和集成制動器的交流變頻調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動開卷機(jī)，從而實現(xiàn)卷料的升降或傳送。開卷機(jī)心軸用于裝載卷料，由高質(zhì)量工具鋼制造，并配備抗磨軸承。三相交流電動機(jī)用于穿帶、回卷以及制動。通過變速器、鏈條和齒輪驅(qū)動/制動盤來進(jìn)行力和轉(zhuǎn)矩的傳輸。卷料的外徑由一臺模擬超聲波裝置進(jìn)行監(jiān)控（如圖2-7所示）。卷料的裝載主要由卷料穿梭裝置和開卷機(jī)共同完成，此工位的主要操作流程為：橋式起重機(jī)操作員將卷料吊運至卷料存放支撐輥上，如果卷料的外徑較小，需要使用卷料防傾斜限位桿來防止卷料傾斜。在操作站上按下“光柵復(fù)位”按鈕，確保整個裝載區(qū)域的安全。在操作站上使用卷料存放支撐輥“旋轉(zhuǎn)”將卷料的開口旋轉(zhuǎn)至開卷位置。在操

30、作站上選擇“小車位置1”或“小車位置2”將卷料移動至心軸裝載位置。在操作站上按下“安全門升”。在操作站上選擇“卷料裝載起動”按鈕將開卷機(jī)由生產(chǎn)工作位置自動移動至卷料裝載位置。在操作站上按下“液壓升降缸升”將卷料自動提升至開卷機(jī)心軸裝載高度。圖2-7開卷機(jī)1橫移機(jī)架2心軸3交流變頻電動機(jī)及減速機(jī)4鏈傳動5軌道確認(rèn)卷料提升至心軸裝載高度后，在觸摸屏上單擊“確認(rèn)”按鈕，卷料進(jìn)行自動裝載。裝載完畢后，開卷機(jī)自動移動至生產(chǎn)位置。注意：在此過程中，請勿闖入光柵，否則會造成整線設(shè)備的停止！.卷料穿帶裝置卷料穿帶裝置用于將經(jīng)過開卷的卷料由開卷機(jī)輸送到落料壓力機(jī)進(jìn)行剪切分離作業(yè)。其主要由機(jī)架、剝皮機(jī)、清潔輥和臟

31、輥組成。剝皮機(jī)用于將卷料引入至臟輥，臟輥再將卷料送至剪頭料機(jī)前進(jìn)行切頭料，頭料剪切完畢后，再由清潔輥將卷料輸送至落料壓力機(jī)（如圖2-8所示）。.剪頭料機(jī)在鋼卷運輸過程中，其最外層往往都會出現(xiàn)變形或者臟污等情況，為了防止這些不良情況損壞設(shè)備，在進(jìn)入落料線剪切之前都需要將卷料的最外一層切掉，而這一工序就是在剪頭料機(jī)完成。剪頭料機(jī)的結(jié)構(gòu)為機(jī)械偏心式，由基座、剪切刀刃、交流電動機(jī)以及離合制動器等組成（如圖2-9所示）。圖2-8卷料穿帶裝置1機(jī)架2剝皮機(jī)3清潔輥4臟輥圖2-9剪頭料機(jī)1機(jī)架2交流電動機(jī)3離合制動器4剪切刀刃剪頭料的工序主要操作流程為：卷料由剝皮機(jī)輸送到臟輥后，在操作站上按下“臟輥關(guān)閉”按

32、鈕將卷料壓緊。在觸摸屏廢料臺畫面選擇“廢料臺開啟”按鈕。在操作站上，選擇“剪頭料起動”按鈕后自動剪切最外一層卷料。剪切完畢后，觸摸屏上出現(xiàn)“是否還需要剪切”，此時如果卷料最外一層仍然有變形或者臟污，需要根據(jù)情況再進(jìn)行剪切頭料。剪切頭料完畢后，在觸摸屏廢料臺畫面上選擇“廢料臺關(guān)閉”按鈕。注意：廢料需要及時清理。圖2-10卷料清洗機(jī)1機(jī)架2夾送輥3毛刷輥4擠干輥 5擠干輥夾送輥是一對有聚氨酯覆層的入口輥。上部輥子通過液壓系統(tǒng)抬起，從而將帶料的導(dǎo)入邊緣傳入。夾送壓力可以調(diào)節(jié)并可存入中央數(shù)據(jù)庫，在需要時可以調(diào)用。兩個進(jìn)給輥通過一臺變頻交流電動機(jī)驅(qū)動。毛刷輥由一對尼龍毛刷輥組成。該毛刷輥配備清潔所用的上

33、部輥氣動抬起裝置。當(dāng)卷料由進(jìn)給輥夾送至毛刷輥后，毛刷輥的前面和后面的噴嘴開始噴油對卷料表面進(jìn)行清洗，其中噴油量可以調(diào)節(jié)并可存入中央數(shù)據(jù)庫，在需要時進(jìn)行調(diào)用。兩個毛刷輥通過一臺變頻交流電動機(jī)驅(qū)動。兩對擠干輥主要是將卷料表面的清洗油擠干，其中擠干輥是由一對具有聚氨酯涂層的輥子組成。上部輥子可通過液壓驅(qū)動抬起，以便穿入帶料的導(dǎo)向邊緣。夾送壓力可調(diào)，并可存入中央數(shù)據(jù)庫以供需要時調(diào)用。兩個擠壓輥通過一臺變頻交流電動機(jī)來驅(qū)動。擠干輥是由一對具有羊毛涂層的輥子組成。上部輥子可通過液壓驅(qū)動抬起，以便穿入帶料的導(dǎo)向邊緣。夾送壓力可調(diào)，并可存入中央數(shù)據(jù)庫以供需要時調(diào)用。兩個擠壓輥通過一臺變頻交流電動機(jī)來驅(qū)動。過濾

34、系統(tǒng)由清洗油箱、水泵和過濾器組成。其目的是將清洗帶料后的清洗油進(jìn)行過濾，以便濾除雜質(zhì)。.校直機(jī)校直機(jī)是由機(jī)架、夾送輥、上部校平擋塊以及驅(qū)動組成（圖2-11）。該設(shè)備主要是將彎曲的卷料重新校直，然后再進(jìn)入落料壓力機(jī)進(jìn)行剪切。夾送輥安裝在校直機(jī)的入口側(cè)，結(jié)構(gòu)為拱形且鍍鉻，其作用是避免帶料邊緣壓力并確保帶料在傳送中不受損傷。上部夾送輥的升降為液壓驅(qū)動，通過壓力控制閥可以調(diào)節(jié)夾送壓力。特別是對于窄帶料，轉(zhuǎn)向齒條和小齒輪的聯(lián)合作用能夠確保上部輥子的平行和同步抬起。當(dāng)夾送輥將卷料輸送至校直機(jī)后，校直機(jī)開始將卷料進(jìn)行校平。在實際生產(chǎn)過程中，通過精確確定的反向彎曲的原始曲率正好與原始半徑相符是不能實現(xiàn)的，所以

35、人們更多地使用輥子校平的方法，它通過對材料正反向的多次彎曲，并且逐漸增加曲率半徑使材料變形逐漸消失（圖2-12）。.活套緩沖坑活套緩沖坑包括懸鏈輥，活套橋和光柵設(shè)備（圖2-13）。其安裝在連續(xù)運行的矯平機(jī)和間歇運行的輥子送料裝置之間。活套控制能夠確保為落料線中的壓力機(jī)提供充足的間歇性帶料進(jìn)料。活套深度的選擇需要適合于帶料的厚度和屈服強(qiáng)度范圍，以防止固定塑料材料發(fā)生任何更多的變形。通過活套坑中的六個光柵，活套控制能夠很好地對連續(xù)運行的矯平速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。一旦循環(huán)停止，矯平機(jī)將會降至慢進(jìn)給速度，直至到達(dá)最大活套深度?；钐资站o時，后續(xù)機(jī)器將會停止。.輥子送料設(shè)備輥子送料設(shè)備由機(jī)架、送料輥、配備帶料側(cè)面

36、導(dǎo)向的導(dǎo)向輥輥道、測量輪和伺服驅(qū)動單元組成（圖2-14）。進(jìn)料過程中，輥子進(jìn)料設(shè)備以一定角度將活套坑輸送過來的卷料再輸送到壓力機(jī)中。在卷料進(jìn)入落料壓力機(jī)之前的穿帶工位由清洗機(jī)、矯直機(jī)、活套及輥子送料設(shè)備完成，此工位的操作流程為：在操作站上按下“卷料穿帶起動”按鈕來起動卷料穿帶進(jìn)程。卷料經(jīng)過校直機(jī)后，操作屏上出現(xiàn)提示“卷料是否校平”，如果觀察卷料已經(jīng)校平，單擊“是”，如果發(fā)現(xiàn)卷料彎曲或者變形，單擊“否”后進(jìn)行調(diào)整后再進(jìn)行穿帶。當(dāng)光電傳感器在送料輥前檢測到卷料時，上部送料輥自動壓緊卷料，此時形成活套，卷料穿帶完成。注意：如果在此過程中出現(xiàn)穿帶跑偏或者卷料變形，請立即停止卷料穿帶進(jìn)程。2.2.2落料

37、壓力機(jī)當(dāng)卷料輸送至落料壓力機(jī)后，落料壓力機(jī)開始剪切出一定規(guī)則形狀的坯料，這些坯料是沖壓線成形工藝的原材料（如圖2-15所示）。落料線壓力機(jī)與普通壓力機(jī)結(jié)構(gòu)相似，都是由上橫梁、滑塊、立柱、移動工作臺、底座以及落料模組成（圖2-16），詳細(xì)結(jié)構(gòu)和功能原理將在后面的章節(jié)中一一介紹。由于落料線整線生產(chǎn)時為自動化生產(chǎn)，所以帶開卷單元、壓力機(jī)單元以及堆垛單元自動化準(zhǔn)備完畢后，在壓力機(jī)操作站上按下“自動化起動”按鈕，整條生產(chǎn)線將進(jìn)入自動化生產(chǎn)模式。當(dāng)進(jìn)行批次檢查等停機(jī)操作時，在壓力機(jī)操作站上按下“自動化循環(huán)停止”按鈕即可。當(dāng)前零件生產(chǎn)結(jié)束后，在壓力機(jī)操作站上選擇“模具自動更換”按鈕，從而將模具進(jìn)行自動更換，

38、節(jié)約了生產(chǎn)等待時間，從而提高了生產(chǎn)率。圖2-16落料壓力機(jī)1橫梁2滑塊3立柱4滑塊5移動工作臺6底座為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和減少模具的存放空間，很多汽車廠在開卷落料線都采用擺剪模（如圖2-17所示），擺剪模刀具的最大擺動角度為30，由伺服電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。圖擺剪模2.2.3堆垛單元堆垛單元由伸縮式輸送機(jī)、堆垛機(jī)等組成。.伸縮式輸送機(jī)伸縮式輸送機(jī)的作用是將落料壓力機(jī)剪切的板料輸送至堆垛機(jī)。伸縮式輸送機(jī)由四條傳送帶組成，每條傳送帶可根據(jù)落料模具和剪切出來坯料的形狀進(jìn)行單獨橫向調(diào)節(jié)以及縱向伸縮，并且在高度上也可以進(jìn)行整體調(diào)節(jié)來適應(yīng)不同高度的模具（如圖2-18所示）。.堆垛機(jī)堆垛機(jī)主要由磁性輸送機(jī)、堆垛

39、小車以及液壓升降臺組成（如圖2-19所示）。其中磁性輸送機(jī)可以根據(jù)零件的形狀進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)。它的材料為永久磁鐵，當(dāng)板料經(jīng)過堆垛區(qū)域時，此區(qū)域的磁鐵會自動失磁，從而使坯料可以精確地落到堆垛托盤上，堆垛托盤放在堆垛小車上。隨著板料的不斷堆積，液壓升降臺根據(jù)板料堆積的高度進(jìn)行自動下降，其高度由一對光柵控制。為了保證持續(xù)生產(chǎn)，每個堆垛機(jī)都配置兩個堆垛小車。整條落料線的基本操作步驟及流程為：卷料上料開卷清洗校直送料剪切落料堆垛。整條線生產(chǎn)模式為全自動化生產(chǎn)，自動化程度非常高，整線操作僅需要三個操作員。開卷落料線為沖壓線提供原材料，是沖壓成形的前工序。2.3沖壓自動化生產(chǎn)線目前，國內(nèi)各大汽車廠的車身覆蓋件的

40、批量生產(chǎn)均采用沖壓自動化生產(chǎn)線或者大型多工位壓力機(jī)。前者基本都是由單臺壓力機(jī)串聯(lián)成一條生產(chǎn)線，壓力機(jī)之間零件的搬運采用機(jī)器人完成。這種通過機(jī)器人組成的自動化沖壓線，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。在自動化生產(chǎn)線中，還包括自動化板料拆垛裝置。2.3.1板料拆垛裝置板料在進(jìn)入壓力機(jī)之前，先需要將板料進(jìn)行拆垛，使其形成單個板料，然后隨著整條線的工作節(jié)拍把板料送入壓力機(jī)進(jìn)行沖壓。目前，汽車沖壓自動化生產(chǎn)線主要有兩種形式將板料進(jìn)行拆垛：采用機(jī)械手真空吸盤的拆垛送料裝置和磁性輸送機(jī)的拆垛送料裝置。.采用機(jī)械手真空吸盤的拆垛送料裝置如果沖壓自動化生產(chǎn)線的最大節(jié)拍為10件或者更高時，而且板料形狀合適的情況下，可

41、采用機(jī)械手拆垛送料裝置。此裝置主要由一個通用機(jī)械手和一套通用端拾器組成（如圖2-20所示），通過合理布置通用端拾器真空吸盤的位置來實現(xiàn)對所有類型的板料進(jìn)行拆垛。通用端拾器的吸盤通過閥島控制，在操作面板上可以根據(jù)零件的形狀來選擇使用吸盤。.采用磁性傳送帶的拆垛送料裝置這種裝置有一個或者兩個氣缸控制的拆垛橋，拆垛橋上裝有真空吸盤和磁鐵（如圖2-21所示）。在兩條磁性輸送帶之間，真空吸盤降到料垛最上面的板料上，吸起板料并將板料傳送到磁性傳送帶上。應(yīng)用這種方式，較小的板料拆垛可以到達(dá)25件，較大的板料拆垛可以達(dá)到15件。為了使壓力機(jī)在換料垛時能夠連續(xù)工作，需要采用雙料垛。雙料垛上料系統(tǒng)在一個料垛拆完后

42、，拆垛裝置會自動轉(zhuǎn)到其他已經(jīng)放好的新料垛上。.清洗為了達(dá)到最好的工件質(zhì)量，需要在工件成形之前對板料進(jìn)行清洗，尤其是可見的汽車車身外部覆蓋件（車門、翼子板、頂篷等）。清洗過程采用清洗液或者清洗油。安裝在清洗機(jī)前面的傳送帶將板料輸送到清洗機(jī)里面。沖壓線清洗機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與開卷落料線結(jié)構(gòu)相似，都是由一對夾送輥、一對毛刷輥以及一對擠干輥組成（如圖2-22所示）。.對中定位板料在被自動送進(jìn)模具之前，要按照所要求的板料位置對其進(jìn)行對中定位。料垛上及輸送過程中板料位置不準(zhǔn)確時，通過擋塊和邊側(cè)推塊得到修正。為了在板料尺寸和形狀選擇上有更大的靈活性，可以對所有定位裝置進(jìn)行編程，并且電動調(diào)節(jié)，這樣可以縮短調(diào)裝時間。

43、另外，還有一種機(jī)器人對板料對中定位形式，當(dāng)板料經(jīng)過此區(qū)域時，對中照相機(jī)對其進(jìn)行拍照并將其位置傳遞到計算機(jī)中，然后計算機(jī)將數(shù)據(jù)反饋給機(jī)器人，機(jī)器人再對其進(jìn)行精確定位（如圖2-23所示）。2.3.2壓力機(jī)在汽車沖壓生產(chǎn)中，壓力機(jī)的作用是將一個或者多個力和運動施加到模具上，從而對工件進(jìn)行成形或沖裁。所以壓力機(jī)的設(shè)計者要對工件所采用的生產(chǎn)工藝準(zhǔn)確了解，并具有豐富經(jīng)驗。壓力機(jī)按照種類可以分為機(jī)械式壓力機(jī)、液壓壓力機(jī)以及伺服壓力機(jī)。目前汽車沖壓車間往往采用機(jī)械壓力機(jī)。.公稱參數(shù)推算首先，我們以機(jī)械壓力機(jī)為例，引出力、功以及距離三者之間的關(guān)系。如果起重機(jī)的吊鉤上掛有一個75重的物體，就有750的力施加在吊繩

44、上（力F=質(zhì)量M重力加速度g）。在這個物體沒有被拉上去之前，就沒有對它做功，因為功W（Nm）是力F（N）和距離h（m）兩者的共同產(chǎn)物W=Fh這個物體被提升1，對它所做的功為W=7501=750Nm如果這個物體又落下了1m，對它所有的功又可以被釋放出來，這其中所產(chǎn)生的力的大小取決于作用距離F=W/h在物體上升1m的過程中，750的力均勻地作用在物體上，如果物體在下落過程中，功被均勻釋放出來，那么產(chǎn)生的力也是同樣的。與此不同的是，如果物體首先自由下落，在最后0.5m的距離內(nèi)，所有的功都被均勻地釋放出來，所產(chǎn)生的力則為F=750/0.5=1500N在這種情況下，全部的能量只在全部距離的一半中得到釋放

45、，力的大小提高了一倍。如果全部能量只在全部距離的1/10（即0.1m）中得到釋放，力的大小則提高到原來的10倍，即：F=750/0.1=7500N如圖2-24所示，圖中繪出了這三種情況下力和距離的坐標(biāo)點，其中三個矩形的面積就是力F與距離h的乘積，即功W。如果把矩形的角連起來，畫出一條弧線，就可以直接讀出不同的距離對應(yīng)的力，前提條件是現(xiàn)有的功750Nm在這段距離內(nèi)得到了均勻的釋放，例如，成形距離時0.2m,讀出的功就是3750N。圖力、功與距離三者關(guān)系總結(jié)起來可以得出一個普遍使用的結(jié)論：力和功可以通過第三者距離，彼此取得聯(lián)系。如果一個力作用在物體上一段距離，就得到了功，即在力距離曲線中所對應(yīng)的弧

46、線下面矩形的面積。如果一定量的功得到釋放，釋放的距離決定生成力的大小。這些通過吊著的物體所總結(jié)出來的規(guī)律普遍適用于一般的壓力機(jī)制造。鍛錘應(yīng)用的也是同樣的原理。鍛錘有一定的重量，被提高到一定距離，就形成了一定的做功能力。在接觸模具的時候，鍛錘把儲存在內(nèi)部的功釋放出來，所產(chǎn)生力的大小取決于成形距離。如果成形距離很短的話，就會產(chǎn)生很大的力，有可能損壞模具和壓力機(jī)。另一方面，如果成形距離過大的話，做功能力有可能不夠，必須多次錘擊才能完成工作過程。這些鍛錘原理也同樣適用于機(jī)械壓力機(jī)。只是用來存儲功的不是一個被提高的物體，而是飛輪上的選擇質(zhì)量。另外一點不同的是，鍛錘所存儲的能量在敲擊過程中全部被釋放出來，

47、而壓力機(jī)飛輪所存儲的能量只釋放一部分，以使電動機(jī)不至于超載。在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，允許轉(zhuǎn)速最多下降到15%20%，這個要求與所產(chǎn)生的沖壓力和壓力機(jī)負(fù)荷無關(guān)。我們通過一個例子來進(jìn)一步解釋這些關(guān)系（如圖2-25所示）。假設(shè)，一臺壓力機(jī)的特征值如下：公稱力F=1000N=1000000N,出現(xiàn)在下止點前30；連續(xù)工作時的做功能力Wn=5600Nm；連續(xù)沖程次數(shù)n=55次/min假設(shè)連續(xù)工作中轉(zhuǎn)速下降20%，那么飛輪所存儲的全部能量只有36%是可以利用的，按照上面的例子，可以計算出飛輪所存儲的全部做功能力為W=Wn/0.36=5600/0.3615600Nm機(jī)械壓力機(jī)中所講的公稱力F是進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計的基礎(chǔ)

48、，包括壓力機(jī)機(jī)身和受力的不固定件的強(qiáng)度計算，如主軸、連桿和滑塊。公稱力F同時也是最大的允許沖壓力。這個最大力允許值可以通過許用應(yīng)力以及彈性特征值來確定。大多數(shù)情況下，由于要求機(jī)身強(qiáng)度盡可能大，所以其負(fù)荷被控制在較低的范圍內(nèi)。具體指出下止點前30表明，在30和下死點之間，運動的傳力組件，如曲軸和離合器，也要根據(jù)由最大允許力引出的轉(zhuǎn)矩來設(shè)計。在下止點前90和30之間，為了避免傳力組件過載，至允許出現(xiàn)較小的力。圖2-25的特征曲線表明，在下止點前30和下死點之間，壓力機(jī)可以承受的公稱力為1000kN,而在下死點前90，只允許F/2=2500kN。在具有上述特征值的壓力機(jī)上進(jìn)行一個沖壓過程。在此過程中

49、，如果沖壓力F=1000N在沖壓行程h=5.6mm內(nèi)保持不變，所做的功為：W=Fh=10000000.0056=5600Nm圖偏心輪壓力機(jī)的允許沖壓力與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系此種情況下，壓力機(jī)在力及做功兩方面都達(dá)到了飽和。如果同樣的力只作用在h=3mm=0.003m的距離上，所做的功為：W=10000000.003=3000Nm在這種情況下，壓力機(jī)在力方面達(dá)到了飽和，但所存儲的可利用的能量并沒有全部得到利用。更為不合理的一種情況是，如果飛輪內(nèi)可利用的功5600Nm在h=3mm的距離上全部釋放，滑塊所獲得的沖壓力則為：F=W/h=5600/0.0031867000N=1867kN因為最大的允許力為1

50、000N,所以在這種情況下壓力機(jī)嚴(yán)重過載，盡管轉(zhuǎn)速下降處于正常范圍內(nèi)，看不出有過載跡象，但仍有損壞傳力組件的危險。這種過載現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在成形力較大而成形距離較小的時候，例如沖裁或者精壓。這類過載如果不被覺察是很危險的，所以壓力機(jī)要裝過載保護(hù)裝置，以防止此種情況發(fā)生。另外還有一種過載現(xiàn)象是飛輪釋放過多的能量。當(dāng)成形距離較短時，這種過載就會導(dǎo)致過大的沖擊力。如果能量可以在較大的成形距離上得到釋放，將減少這種過載的危險性。假設(shè)上述壓力機(jī)在進(jìn)行了成形距離為h=100mm的沖壓過程后停止不動了，就是說所有的功W=15600Nm都得到了釋放，如果作用力基本均勻，平均滑塊的沖擊力則為：F=W/h=15600

51、/0.1=156000N=156N這就意味著，盡管飛輪靜止，但壓力機(jī)在力方面根本沒有超載，最終只是由于轉(zhuǎn)速下降過多而對驅(qū)動電動機(jī)有不利影響。這種情況下，滑塊允許1000N力是足夠的，但是必須采用做功能力大的壓力機(jī)。在一個較長的距離上成形時，例如拉深，變薄拉深和擠壓，這種過載情況經(jīng)常出現(xiàn)。.機(jī)械壓力機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)械壓力機(jī)主要組成部分為：上橫梁、立柱、滑塊、工作臺以及底座（如圖2-26所示）。（）上橫梁上橫梁是壓力機(jī)的驅(qū)動源，其主要組成有電動機(jī)、飛輪、齒輪箱、離合器和制動器等，下面我們就對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行一一介紹。驅(qū)動電動機(jī)和飛輪。大型壓力機(jī)大多數(shù)采用變頻交流電動機(jī)，尤其在要求高度保險的情況下。由力、工作行

52、程和速度確定的壓力機(jī)工作能力以及損失的能量都是由電動機(jī)提供的。作為能量存儲器的飛輪吸收周期性出現(xiàn)的負(fù)載沖擊。電動機(jī)可以在每個工作循環(huán)中承受高至20%的轉(zhuǎn)速下降，并在下一次行程開始之前，通過給飛輪加速而補(bǔ)充消耗掉的能量。壓力機(jī)在處于調(diào)整狀態(tài)時，應(yīng)在行程次數(shù)降低了的情況下，例如每分鐘5次，也能保證提供有用能量。這時，轉(zhuǎn)速下降50%是允許的。在壓力機(jī)的設(shè)計中，考慮能量平衡時，一個重要指標(biāo)就是起動時間要短。對于能量和相對20%允許飛輪轉(zhuǎn)速下降的要求使得飛輪設(shè)計必須主要以壓力機(jī)在能量方面不利的工作狀態(tài)，即沖程次數(shù)較低的工作范圍為依據(jù)。當(dāng)然飛輪的轉(zhuǎn)速越高越好，但是這一要求要受到離合器、制動裝置和飛輪允許轉(zhuǎn)

53、速的限制。在三軸式多工位壓力機(jī)上，飛輪的直徑高達(dá)2500mm，重為25t。這一類飛輪對所使用的滾動軸承及其潤滑工作要求很高，不僅潤滑量大，而且要一直對溫度進(jìn)行監(jiān)控。主電動機(jī)通過帶傳動驅(qū)動飛輪。在關(guān)掉主傳動的時候，通過電動機(jī)的反接制動和附加的氣動飛輪制動，使飛輪在30s內(nèi)就能達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)。離合器和制動器。機(jī)械壓力機(jī)的一個特征是,離合器把電動機(jī)和飛輪上的力矩傳遞到傳動軸上，離合器松開后，制動器對滑塊上的模具和傳動裝置進(jìn)行制動。尤其對于單行程狀態(tài)，每個行程后，壓力機(jī)內(nèi)移動和旋轉(zhuǎn)的重量都要在200300ms短時間內(nèi)達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)，離合器合上的時候，這些重量又要從零加速到工作速度。處于安全考慮，制動力是由

54、機(jī)械彈簧力產(chǎn)生的。離合器力矩由公稱力和所要求的下止點前1325mm的工作行程計算出來。很多年來，自身旋轉(zhuǎn)重量較小的單片離合器得到了成功的應(yīng)用（如圖2-27所示）。配有安全門和阻尼系統(tǒng)的氣動控制系統(tǒng)價格便宜，基本上滿足所有的技術(shù)要求，可以達(dá)到較短的開關(guān)和制動時間。但氣動離合器一直存在一個問題，即單行程壓力機(jī)開關(guān)頻率受到限制，而且離合器和制動器的磨損也給環(huán)境造成了污染，所以目前壓力機(jī)制造越來越多地采用性能更好的濕式離合制動器（如圖2-28所示），這種離合制動器工作介質(zhì)使用液壓油，并且配備冷卻系統(tǒng)，單位時間內(nèi)的離合制動次數(shù)得到了提高，而且不會產(chǎn)生磨損，更加便于維護(hù)。傳動裝置。壓力機(jī)滑塊的往復(fù)運動是通

55、過上橫梁齒輪箱的傳動來實現(xiàn)的，其傳動形式主要有偏心傳動（如圖2-30所示）和多連桿傳動（如圖2-29所示）兩種形式。在多臺壓力機(jī)組成的串聯(lián)式?jīng)_壓線上，其中第一臺壓力機(jī)為多連桿結(jié)構(gòu)，這是由于第一工序為沖壓拉延工序，多連桿能夠提供出更優(yōu)良的運動曲線。其他壓力機(jī)通常會選擇偏心結(jié)構(gòu)。如圖2-31所示為傳動裝置力傳遞示意圖。圖2-29多連桿傳動結(jié)構(gòu)圖2-27干式分體式離合器和制動器圖2-28一體式濕式離合制動器2-31傳動裝置傳動示意圖1傳動軸2套筒傳動3中間軸齒輪4中間齒輪5偏心輪（2）滑塊圖2-30偏心傳動結(jié)構(gòu)圖（2）滑塊通過相應(yīng)的速度和力的變化，傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動由連桿傳到滑塊上，滑塊進(jìn)行上下往復(fù)

56、運動?；瑝K（如圖2-32所示）是壓力機(jī)上最重要的功能單元，尤其是在大型壓力機(jī)上。單臺壓力機(jī)主要應(yīng)用螺桿承受壓力，其滑塊調(diào)整量可達(dá)到600mm，以使模具空間適應(yīng)不同的模具高度（如圖2-33所示）。對于多工位壓力機(jī)來說，150mm的滑塊調(diào)整量已經(jīng)足夠了，所以更適合采用閉合高度較低的杯式螺桿傳遞壓力，采用制動電動機(jī)和蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)速度可以達(dá)到60mm/min。圖2-32滑塊1導(dǎo)軌2滑塊調(diào)整電動機(jī)3滑塊調(diào)整編碼器4壓力點圖2-33滑塊調(diào)整裝置過載保護(hù)裝置。過載保護(hù)裝置是指壓力機(jī)的公稱力通過滑塊的液壓過載保護(hù)裝置得到了限制和保護(hù)，超過公稱力的時候，一個與加壓點組合在一起的液壓墊會在短時間內(nèi)卸載，以取

57、得一段超載距離。上模夾緊器。上模夾緊器主要用于將模具上模進(jìn)行夾緊，其夾緊原理基本上是電氣和液壓控制。有些還和彈簧力、絲杠等機(jī)械控制機(jī)構(gòu)組合在一起，最基本的一點就是必須始終保證安全可靠。機(jī)械壓力機(jī)采用氣動的主要地方是離合器、制動器、飛輪制動器、重量平衡裝置等。在多工位壓力機(jī)上還要加上輸送凸輪的進(jìn)氣裝置和橫桿傳送裝置?？諝庑枨罅枯^大的時候，就有必要使用帶有安全監(jiān)測系統(tǒng)和抽水系統(tǒng)的壓縮空氣罐。壓縮空氣的壓力一般最大為0.6MPa，高壓力網(wǎng)和壓力最高至1.6MPa的空氣壓縮機(jī)也正逐漸成為趨勢。空氣壓縮設(shè)備的設(shè)計和制造都有一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則，在安裝中主要使用的是“1”到“6”的鍍鋅氣體管道。較小的管道采用

58、了鋼管和卡套式管接頭或擴(kuò)口管接頭。相比較來說，液壓在機(jī)械壓力機(jī)上應(yīng)用得較少，一般應(yīng)用在液壓過載保護(hù)裝置，液壓拉深墊、移動工作臺的提圖2-34閥塊升以及液壓模具的加緊裝置，所需工作油液由一個統(tǒng)一的液壓中心站提供。目前，很多機(jī)械壓力機(jī)開始逐步采用濕式離合器，其介質(zhì)為液壓油。除此之外，各種夾緊和鎖緊裝置也采用了液壓系統(tǒng)。機(jī)械壓力機(jī)上，給各潤滑點提供潤滑液的潤滑裝置是很復(fù)雜的。在應(yīng)用了分配模塊后，整個潤滑裝置得到了分解，結(jié)構(gòu)簡化了很多（如圖2-34所示），主要按并聯(lián)方式連在一起的漸進(jìn)式分配器。通過數(shù)量調(diào)節(jié)器、數(shù)量限控、數(shù)量分配器和其他相似的器件來進(jìn)行潤滑液數(shù)量的分配。在每一個分配模塊上都需要對潤滑液的

59、流量進(jìn)行監(jiān)控。為了得到良好的工作狀態(tài)，控制系統(tǒng)在一個較小的范圍內(nèi)通過加熱和冷卻對潤滑液的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.3.3自動化搬運設(shè)備沖壓自動化的工作過程從拆垛送料裝置對板料進(jìn)行拆垛開始，然后是清洗、潤滑并把板料送到首臺壓力機(jī)里面進(jìn)行拉深。在第一步拉深成形完成后，工件被送到后工序里面進(jìn)行沖裁、彎邊或者整形等加工。沖壓自動化的末端是成品件堆垛裝置?，F(xiàn)代化的沖壓自動化線上，單個壓力機(jī)之間的工件輸送以及板料上料都是自動化的。是否采用成品自動堆垛裝置取決于不同工件的堆垛條件、工件形狀和工件大小是否相似。自動上下料系統(tǒng)有各自不同的形式，如搖臂式機(jī)械手送料裝置、微機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)械手送料裝置或者機(jī)器人。哪一種機(jī)

60、械手送料裝置最適合哪一種沖壓自動化生產(chǎn)線，取決于在此線加工的工件種類、壓力機(jī)行程次數(shù)和占地面積。搖臂式機(jī)械手送料裝置由電動機(jī)通過凸輪傳動系統(tǒng)和連桿進(jìn)行驅(qū)動（如圖2-35所示）。首臺壓力機(jī)模具中的頂料器把工件頂出模具，壓力機(jī)后面的送料機(jī)械手借助吸盤，把工件從壓力機(jī)里面取出來，放在過渡工位托架上。如果需要，可以在過渡工位托架上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，然后通過下一臺壓力機(jī)的機(jī)械手送料裝置送到下一個模具工位里面。搖臂式機(jī)械手裝置的運動曲線是固定的，適用于單臺壓力機(jī)之間間距較小、中等尺寸的工件及工件種類相同的場合。此類機(jī)械手送料裝置的送料能力可以達(dá)到1012件min。CNC機(jī)械手送料裝置是電子控制的，有兩個可以自由編