當代汽車沖壓生產中，各種新型沖壓設備、先進的機械化系統、新工藝及沖模、智能控制技術等被逐步采用，大大提高了沖壓生產效率和成品質量，降低了大批量生產的成本。

現代汽車工業具有生產規模化、車型批量小、品種變化快、多車型共線生產的特點，車身覆蓋件也隨之呈現大型化、一體化的特征，這些趨勢要求沖壓技術與設備不斷向柔性化和自動化方向發展，高柔性、高效率的自動化沖壓設備正在逐步取代傳統的剛性生產線，成為世界沖壓生產的主流。

以下筆者將分別對沖壓設備、機械化系統、沖壓工藝及沖模、智能控制等方面的技術進步及其應用做介紹。

沖壓設備

長期以來，傳統沖壓設備因其穩定的生產條件保證了沖壓件的質量，模具的使用也相對持久，但是缺乏靈活性是這一生產方式的明顯缺陷。集成化控制技術、伺服驅動技術在壓力機上的應用給沖壓生產帶來了更多的靈活性，大型多工位壓力機、柔性沖壓自動線等設備正在改寫沖壓生產的歷史。

1.集成化控制

為適應柔性化的生產要求，壓力機的所有控制功能應做到集成化，從而實現全套模具的菜單化管理，主要包括滑塊行程調整、平衡器氣壓的調整、氣墊行程調整以及自動化控制系統等各個環節的參數設定。具有現場通信網絡、現場設備互聯、互動操作性、分散功能模塊、開放式功能的現場總線技術是壓力機控制技術的發展方向，對實現自動化具有明顯推動作用。

壓力機控制系統的集成化可通過單一操作接口實現所有壓機和模具的各項控制功能，包括故障診斷、模具菜單配置、可編程限位開關和模具監控及調整等，并使設備的維修保養更加方便，而且明顯增加壓力機的有效工作時間。

目前國內生產的用于轎車大型覆蓋件制造的大型沖壓線已經達到了當代國際先進水平（見圖1），采用了多連桿精度優化補償技術、聯網全自動模具快速更換技術、矢量交流頻調速主驅動技術及多點液壓過載保護卸荷控制技術等，應用Ethernet網絡技術可與生產聯網，實時監控設備狀態，具有遠程通信和遠程故障診斷功能，整線支持快速送料系統，每分鐘可生產10～14個轎車大型覆蓋件。

圖1  濟南二機床集團生產的3 200t大型沖壓線

2.伺服驅動

新型伺服壓力機采用了適應性很強的伺服驅動技術，將液壓機的靈活性與機械壓力機的高效率優點有機地結合起來，企業可以為他們的用戶提供大小批量的各種不同的沖壓件，生產能力大幅提高。日本小松公司和德國舒勒公司相繼開發并已生產出了這種伺服壓力機（見圖2），目前在我國國內，一汽豐田汽車公司和廣州豐田汽車公司已采用了這種設備。

圖2  德國舒勒公司于2007年開發的新型伺服壓力機

伺服驅動系統最突出的特點就是：電動機直接與偏心曲柄齒輪相互連接，由于電動機的轉速可以任意調節，從而可以任意地調節曲柄機構的運動速度，任意加快或減慢沖壓速度。

伺服壓力機的另一大特點是匹配性很高。由于伺服壓力機的電動機轉速是可以無級調節的，因此有可能在沖壓過程中實現沖壓運動和沖裁力的無級調節，使壓力機的工作曲線與各種不同的應用要求相匹配。為了保證曲柄完成精確的運動，用戶可以通過減速拉延加工實現或者保持恒定的沖壓運動速度，這樣不僅可以提高板材加工的質量，而且也可延長模具的使用壽命。

伺服壓力機的轉速變化及控制經過了合理的優化設計，并且采用了集成化的模塊，按照模塊化結構制造，如果不需要使用其伺服功能時，該機就可以像傳統壓力機一樣工作，保持恒定的功率和行程。

3.大型多工位壓力機

可進行柔性沖壓生產的大型多工位壓力機代表了當今國際沖壓技術的最高水平，是車身覆蓋件沖壓成形生產設備的發展方向。大型多工位壓力機集機械、電子、控制和檢測技術為一體，可實現全自動、智能化，操作安全，生產率高，制件質量高，綜合成本低，滿足了汽車工業大批量生產的需要。當然，壓力機自身的技術和性能在近十多年的實踐中也在不斷完善和發展，如：拉伸工位采用變速多連桿機構、數控液壓拉伸墊代替雙動壓機、現場總線控制技術的應用等。

目前，歐洲和美國的著名汽車制造商采用大型多工位壓力機和橫桿式自動壓力機大量生產車身覆蓋件（見圖3），滿足當代汽車沖壓件的最高精度和表面質量標準。我國目前尚沒有汽車生產企業采用大型多工位壓力機，其主要原因：一是設備的一次性投資較大；二是國內汽車制造商起步較晚，企業現有的沖壓設備尚在服役期，這也在某種程度上制約了我國汽車沖壓技術的提高。

圖3  國外某汽車制造商采用的多工位壓力機

4.柔性沖壓自動線

柔性沖壓自動線大多由一臺雙動拉伸壓力機或多連桿單動拉伸壓力機和4～5臺單動壓力機組成流水線，生產大型車身覆蓋件，安全性高，沖壓質量好。生產線上布置自動化上下料系統，由拆垛機、清洗涂油機、對中上料機、上下料機械手（機器人）、穿梭（翻轉）傳送自動輸送機組成，從毛坯的上料到沖壓件下線全部自動完成。生產節拍最高為6～9次/min。整條沖壓線長60～80m左右，約需6～7名操作工人。

有些企業采用的是國際先進的高速緊湊型沖壓線，能快速提高沖壓機的生產效率。板料對中采用當今先進的光學攝像系統進行定位。拉伸壓力機選用數控液壓拉伸墊，先進的每個自動化單元配一個機械手，省去了穿梭傳送裝置，縮短輸送距離，減少壓力機的間距，生產節拍可達10件/min。

隨著我國汽車市場競爭的不斷加劇，汽車的外觀質量及其內在質量成為各汽車制造廠家角逐市場的先決條件已是不爭的事實，因此，采用機械化、自動化的生產方式進行沖壓生產是提高汽車外觀質量的最有效的途徑。

5.調試壓力機

大批量生產的汽車沖壓企業應為每條大型沖壓自動線配置調試壓力機，以縮短金屬成形模具的試模時間，提高大型沖壓線的開動率。

調試壓力機主要選擇液壓高速試驗壓力機和拉伸機械壓力機，特別是在生產型機械壓力機上的模具試驗時間可減少80%，具有巨大的應用價值。試模機械壓力機的發展趨勢是采用配備了數控液壓拉伸墊、具有參數設置和狀態記憶功能的多連桿拉伸壓力機。

機械化系統

自動沖壓生產線的研發、沖壓生產線的機械化改造、用于汽車側圍板生產的大型真空上料沖壓機床的制造促進了汽車工業的飛速發展。

對于國內汽車沖壓件生產企業來說，最有價值的技術提升集中表現在沖壓件的自動化運輸、自動化傳遞裝置上以及在沖壓設備上料自動化和以產品為導向的沖壓生產過程中。

由于在變形加工過程中液壓技術的極限不易突破，因此只能向機械自動化要效益，而且不能僅僅在沖壓工藝過程中向機械自動化要效益，應當也向沖壓工藝技術以外的領域要效益、向新的沖壓件傳送方式、向沖壓件下線方式要效益，向所有能獲得經濟效益的領域索取效益。

新型的集成式快速傳送系統（見圖4）可為壓力機與壓力機之間直接傳送，生產節拍可達12～15次/min。機械手臂末端可自動編程進行角度調整，以適應模具的型槽位置。在大型及特大型沖壓件的生產過程中，堅固有力的沖壓件傳送機構不僅可在大型工件沖壓和雙件沖壓（一次沖壓兩個成品）的生產過程中得到廣泛的應用，而且也可以在汽車零部件生產過程中廣泛應用。擺臂式沖壓件傳送系統將會給沖壓設備在快速更換模具方面以極大的支持和幫助，它實現了沖壓模具和工件的同時輸出，從而為實現多功能的沖壓生產線奠定了基礎。

圖4  傳送系統

沖壓工藝及模具

在世界汽車產品變化多樣的時代，模具多樣化和模具更換周期短的特點變得尤為突出，同時對沖壓工藝技術提出了新的要求，帶來了汽車沖壓件生產加工工藝技術的變革。

1.沖壓工序數

汽車沖壓件具有良好的工藝性和經濟性，衡量其水平的重要標志有沖壓件的工序數、車身總成的分塊數量和尺寸大小、沖壓件的結構等因素。減少沖壓過程的工序數意味著減少沖壓件數、節省工裝數量、簡化沖壓過程的傳送裝置、縮減操作人員和設備占地面積等，是節約投資及能耗的極佳措施，所以沖壓制造商都能把沖壓工序數設計作為降低汽車制造成本的重要途徑，甚至不惜改進產品設計來滿足制造工藝的要求，同時還采用盡量大尺寸的合理的車身總成分塊，如整塊式車身左右側板及車頂蓋板，既可使汽車外形更加美觀實用，減少空氣阻力，又可減少沖壓件數量及焊點，能有效地降低成本。

在制定工件的沖壓工藝時，處理工序的分散與集中是比較復雜的問題。它取決于工件的批量、結構形狀、質量要求、工藝特點等。對于通常是大批量生產的汽車沖壓件，應當盡量采取工序集中的方案，采用復合或級進模進行沖壓，這樣既提高生產率，又能做到安全生產。實踐經驗表明，對于復合模，集中到一副模具上的工序數量不宜太多，一般為 2～３個工序，最多4個，對于級進模，集中的工序數可以多一些，因為其模具結構的布局范圍自由度更大。

2.多件沖壓模具工藝

隨著中高級轎車車身整體側圍沖壓技術的推廣以及壓力機臺面的增大，沖壓工藝也得到了快速發展，車門、翼子板等沖壓件從過去的一模單件發展為雙槽模生產，生產效率成倍提高，最新已發展到車門內外板采用四型槽沖模生產，生產效率又翻了一番。

產量較大時，采用多件同時沖壓，可使模具費、材料費和加工費都得到降低，對成形工藝來說，也有利于材料應力、應變對稱均勻，還提高了生產效率，降低了能源消耗。

雙件生產的最新發展趨勢是內外板同時生產，其優點是：生產數量匹配，還可同時送焊裝線及時壓合，物流順暢、便捷。

3.級進模

級進組合沖模已在發達國家汽車工業中普遍應用，其優點是生產率高、模具成本低、不需要板料剪切。與多工位壓力機上使用的階梯模相比，級進模可節約30%的成本，但其應用受拉伸深度、導向和傳輸的帶材邊緣材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比較淺的簡單零件。

智能控制技術

近年來，沖壓生產智能控制技術發展很快，它在材料、工藝一體化的基礎上，依據已有材料和工藝數據庫實現沖壓加工過程的在線控制或智能控制（也稱“自適應控制 ”）。首先對材料或工藝參數建立在線檢測系統，當材料性能或工藝參數發生變化或產生波動時，由自動檢測系統（傳感器和信號轉換系統）在線確定相關參數的瞬時量值，并通過計算機模擬分析和優化軟件（例如人工神經網絡方法、專家系統）確定參數變化后的最佳工藝參數組合。自動控制系統調整工藝參數后，可以實現沖壓工藝過程的自適應控制。新的生產數據逐漸積累可進一步成為后續加工過程的工藝優化基礎。

結束語

具有更大靈活性或柔性的沖壓技術和設備將適應小批量、多品種、混流生產模式以及市場多樣化、個性化需求的發展趨勢，加強企業對市場變化的快速響應能力。