《汽车制造工艺技术》课件 模块一项目二 任务1-任务3 汽车冲压设备

模块一汽车冲压工艺项目二任务1汽车冲压设备一、教学目标1.知识目标

（1）汽车冲压设备和生产线发展阶段；

（2）汽车落料生产线、冲压机的结构、原理。（3）汽车冲压自动化生产线结构、原理。2.能力目标（1）具备操作汽车落料生产线、冲压机的冲压设备能力；（2）具备操作汽车冲压自动化生产线的能力。

3.素质思政目标

安全意识、团队协作、规范操作、吃苦耐劳、精益求精的思政精神二、教学重难点1.教学重点：汽车落料生产线、汽车冲压机结构、原理；2.教学难点：汽车冲压自动化生产线结构、原理。CONTENTS目录汽车冲压机2汽车开卷落料线1汽车冲压生产线35/271.概述汽车车身的概念、作用和组成；

2.概述车身覆盖件结构组成。

3.描述冲压的定义和冲压成形特点。复习一6/27新课导入二

汽车车身钢板如何从平直的薄钢板冲压成各种形状、各种尺寸规格的冲压件。这就需要用到冲压设备和冲压机。7/27（一）汽车冲压设备概述

汽车冲压车间主要由冲压模具、生产设备组成，生产设备主要由开卷落料线、冲压线以及桥式起重机、叉车等生产辅助设备组成。

冲压工序分为分离工序和成形工序。分离工序在开卷落料线完成，完成拉深、修边、翻边、冲孔、整形等成形工艺。讲授新课三8/27

冲压设备是汽车冲压车间必不可少的重要设备，直接关系到生产线的生产效率、产品质量、模具使用寿命等。

汽车冲压车间的机械化和自动化程度是衡量汽车车身制造水平的重要标志。

先进汽车冲压生产需要采用新工艺、新技术和先进冲压设备，可有效提高设备生产效率，保障产品质量，降低成本，减轻劳动前度，改善劳动条件，做到安全文明生产。汽车冲压车间在进行工厂建设规划时，一般都采购一条开卷落料线和至少一条自动化冲压生产线以及试模压力机、桥式起重机、叉车以及模具转运车等设备。讲授新课三9/27

讲授新课三10/27

（二）汽车冲压设备和生产线发展历程

车身冲压的主要设备为压力机，压力机按照一定方式组合成为冲压生产线。

1.单台压力机多品种轮换生产每完成一道工序就要更换一次模具。特点：占地面积大，生产效率低，搬运的次数较多，冲压件质量差。应用：小型汽车配套厂。

2.多台压力机组成的冲压流水生产线

（1）半流水线生产线。（2）流水生产线双动压力机与多台单动压力机进行联机。讲授新课三11/27

（3）半机械化流水线作业。将多台压力机（双动和单动）之间通过胶带机连接起来。3.多台压力机组成的冲压自动生产线这种冲压自动化生产线仍有多台压力机组成，但各台压力机之间都配有机械化上料与下料装置。常见形式：

（1）多台压力机配备通用搬运机器人组成的普通冲压生产线此生产线。（2）多台压力机配备专用机械手组成的高速冲压线此生产线。讲授新课三12/27讲授新课三普通冲压生产线

1-拆垛机2-清洗机3-对中台4-上料机械手5-搬运机械手6-移动工作台7-端拾器更换小车8-废料槽9-搬运机械手10-纤维传送带高速自动冲压生产线

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4.大型单台多工位压力机自动生产线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。由拆垛机、大型压力机、三坐标工件传送系统和码垛工位组成。生产节拍可达16~25次/min，是手工送料流水线的4~5倍，是普通冲压生产线的2~3倍。是当今世界汽车制造业首选的最先进的冲压设备。讲授新课三14/27

（三）车身冲压车间的工艺布局

车身冲压车间的工艺布局应该满足从原材料进厂到冲压件成品输出的全部功能要求，内容包含：原材料准备、冲压生产、工序间物流、成品存放、不良品返修、模具和检具的存放与维修、自动换模系统、废料处理、物流周转等。讲授新课三15/27

（三）汽车开卷落料线

一卷卷生产出的钢板卷，如何被拉平拉直的，这就需要开卷落料机？讲授新课三16/27

开卷落料线是一种适用于汽车、钢板配送等行业表面覆盖件卷板的开卷、清洗、校平、落料和堆垛的板材加工设备。目前已广泛采用自动化的开卷落料线。

开卷落料线按照功能可分为三个单元，主要包括开卷单元、压机单元和堆垛单元。讲授新课三17/27讲授新课三18/27讲授新课三1—卷料穿梭装置2—开卷机3—卷料穿料装置4—剪头料机5—卷料清洗机6—校直机7—活套缓冲坑

8—辊子送料设备9—伸缩式辊子输送机10—落料模11—落料压力机12—伸缩式输送机13—堆垛机14—堆垛小车开卷落料线

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1.开卷单元开卷单元的主要由卷料穿梭装置、开卷机、卷料穿带装置、剪头料机、卷料清洗机、校直机、活套缓冲坑、送料辊以及伸缩式辊子输送机组成。

（1）卷料穿梭装置

卷料穿梭装置可以同时装载两个卷料，为落料线的生产做卷料准备。其小车是由一台横向移动装置和配备导柱的液压升降缸组成。卷料穿梭装置上装有轨道，其四个轮子的运动方向和生产方向平行，通过液压驱动来进行移动。讲授新课三20/27讲授新课三1-基座

2-卷料升降液压缸3-小车移动液压缸4-轨道5-卷料存放支撑辊6-卷料防倾斜限位杆7-光学开关卷料穿梭装置

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（2）开卷机

开卷机用于将卷料从顶部或底部至支撑处进行开卷，主要由横移机座、开卷机心轴、交流变频电动机以及液压压紧辊组成。卷料的外径由一台模拟超声波装置进行监控。讲授新课三1-横移机架2-心轴3-交流变频电动机及减速机4-链传动5-轨道开卷机

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（3）卷料穿带装置

卷料穿带装置用于将经过开卷的卷料由开卷机输送到落料压力机进行剪切分离作业。其主要由机架、剥皮机、清洁辊和脏辊组成。剥皮机用于将卷料引入至脏辊，脏辊再将卷料送至剪头料机前进行切头料，头料剪切完毕后，再由清洁辊将卷料输送至落料压力机讲授新课三卷料穿带装置

1-机架2-剥皮机3-清洁辊4-脏辊23/27

（4）剪头料机钢卷运输过程中，最外层常出现变形或者脏污等情况，为防止损坏设备，进入落料线剪切之前需要将卷料的最外一层切掉，要在剪头料机完成。剪头料机的结构为机械偏心式，由基座、剪切刀刃、交流电动机以及离合制动器等组成。讲授新课三剪头料机

1-机架2-交流电动机3-离合制动器4-剪切刀刃24/27

（5）卷料清洗机卷料清洗机由机架、夹送辊、毛刷辊、两个挤干辊、清洗油箱以及过滤系统组成。该设备主要用于清洗卷料上的防锈油。讲授新课三卷料清洗机

1-机架2-夹送辊3-毛刷辊4-挤干辊Ⅰ5-挤干辊Ⅱ25/27

（6）校直机校直机是由机架、夹送辊、上部校平挡块以及驱动组成。该设备主要是将弯曲的卷料重新校直，然后再进入落料压力机进行剪切。讲授新课三校直机

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（7）活套缓冲坑活套缓冲坑包括悬链辊，活套桥和光栅设备。活套控制能够确保为落料线中的压力机提供充足的间歇性带料进料。活套深度的选择需要适合于带料的厚度和屈服强度范围，以防止固定塑料材料发生任何更多的变形。讲授新课三活套缓冲坑

1-悬链辊2-活套桥3-光栅设备27/27

（8）辊子送料设备辊子送料设备由机架、送料辊、配备带料侧面导向的导向辊辊道、测量轮和伺服驱动单元组成。进料过程中，辊子进料设备以一定角度将活套坑输送过来的卷料再输送到压力机中。讲授新课三辊子送料设备

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2.落料压力机当卷料输送至落料压力机后，落料压力机开始剪切出一定规则形状的坯料，这些坯料是冲压线成形工艺的原材料。落料线压力机是由上横梁、滑块、立柱、移动工作台、底座以及落料模组成。讲授新课三坯料

落料线压力机

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3.堆垛单元

堆垛单元由伸缩式输送机、堆垛机等组成。（1）伸缩式输送机。作用：将落料压力机剪切的板料输送至堆垛机。由四条传送带组成，每条传送带可横向调节以及纵向伸缩，在高度上也可以进行整体调节。

（2）堆垛机。堆垛机主要由磁性输送机、堆垛小车以及液压升降台组成。讲授新课三30/27

整条落料线的基本操作步骤及流程：卷料上料→开卷→清洗→校直→送料→剪切→落料→堆垛。整条线生产模式为全自动化生产，自动化程度非常高，整线操作仅需要三个操作员。开卷落料线为冲压线提供原材料，是冲压成形的前工序。讲授新课三31/27

（四）冲压机

形状复杂、尺寸各异的车身覆盖件需要冲压车间重要的冲压设备—冲压机来完成。拉深、冲弧、弯曲等板料冲压加工是将冲模装在压力机上，高速、大量生产出高质量的零件。

1.冲压机分类

①按动力传递形式分类：机械压力机和液压机，机械压力机常用的有摩擦压力机和曲柄压力机。讲授新课三32/27

（1）机械压力机讲授新课三33/27

（2）曲柄压力机

曲柄压力机由机身、动力传动系统、工作机构和操纵系统组成。讲授新课三曲柄压力机结构组成34/27

①机身机身大多为铸铁材料，在大、中型压力机上，一般采用的是由上横梁、立柱、底座和拉紧螺栓组合成的组合式机身。②传动系统

电动机和飞轮是动力部件，靠飞轮自身传动惯量蓄积动能。

③工作结构

曲轴是压力机最主要的部分；连杆是连接件，它的两端与曲轴、滑块铰接；装有上模的滑块是执行元件，最终实现冲压动作。

④操纵系统

离合器、制动器、操纵机构。⑤附属装置和辅助系统讲授新课三35/27

（3）曲柄压力机的工作原理

曲柄压力机工作时，由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮（通常兼作飞轮），经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块回程上行，离合器自动脱开，同事曲柄轴上的自动器接通，使滑块停止在上止点附近。讲授新课三36/27讲授新课三J31-315型闭式压力机运动原理图37/27讲授新课三38/27

②按床身的型式分：开式压力机和闭式压力机。

开式压力机多为立式。机身呈C形，前、左、右三面敞开，结构简单，操作方便，机身可倾斜某一角度，以便充好的工件滑下落入料斗，易于实现自动化。适用于40~4000kN中小型压力机。

闭式压力机机身呈框架形，机身前后敞开，刚性好，精度高，工作台面的尺寸较大。适用于压制大型零件，公称工作力多为1600~60000kN。

冷挤压、热模锻和双动拉深等重型压力机等均使用闭式压力机。讲授新课三39/27讲授新课三

开式压力机

闭式压力机

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③按压力机的压力可分：小型压力机、中型压力机和大型压力机。

压力在100顿以下的是小型压力机，在100~300吨的是中型压力机，在300吨以上是大型压力机。（2）双柱式压力机

双柱式压力机的床面和滑块行程很大，一般为1000kN以上弧度大、刚度高的大型、中型压力机，适于加工较高精度的冲压件。讲授新课三41/27讲授新课三双柱式压力机

（3）四柱式油压机

四柱式床身结构主要用在油压机上，由上横梁、工作台和四根立柱装配而成，主柱也是滑块的导轨。四柱式压力机

42/27讲授新课三液压机一般由本机（主机）、动力系统及液压控制系统三部分组成某商用车车身冲压液压机43/27

2.冲压机相关参数和部件

（1）相关参数

公称压力：滑块运行至下止点前的某一段距离或曲柄转到接近下止点前某一角度时，滑块上所允许承受的最大最用力，随着曲轴转角a的变化而变化。讲授新课三力、功与距离三者关系偏心轮压力机的允许冲压力与曲柄转角之间的关系压力机滑块压力P44/27

2.冲压机相关参数和部件

（1）相关参数

滑块行程s和行程次数n：滑块行程指的是滑块上下止点间的距离。对于曲柄压力机，其值是曲柄长度的双倍。滑块行程次数值的是滑块空载时，每分钟上下往复运动的次数，n值是反映压力生产效率的一个重要参数。

闭式单点压力机的s值有250mm，315mm，400mm，500mm，630mm等。讲授新课三45/27

2.冲压机相关参数和部件

（1）相关参数

装模高度：压力机装模高度是指压力机滑块处于下止点位置时，滑块下表面到工作台表面的距离。讲授新课三模具闭合高度与装模高度的关系

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工作台尺寸和滑块底面尺寸：

压力机工作台面尺寸应大于冲模的相应尺寸。一般情况下，工作台面的尺寸应大于下模座尺寸50mm～70mm，为固定下模留下足够的空间。上模座的平面尺寸一般不应该超过滑块底面尺寸。

压力机的精度和刚度：

压力机的精度一般是在静态条件下测得的，又称为静态精度，它主要包括：工作台板上平面和滑块下平面的平面度和平行度，滑块行程对工作台板上平面的垂直度，滑块中心孔和滑块行程的平行度等。讲授新课三47/27

2.冲压机相关参数和部件

（2）机械压力机结构

机械压力机主要组成部分为：上横梁、立柱、滑块、工作台以及底座。

1）上横梁。上横梁是压力机的驱动源，其主要组成有电动机、飞轮、齿轮箱、离合器和制动器等。

讲授新课三1-上横梁

2-立柱

3-滑块

4-工作台

5-底座机械压力机结构48/27

①驱动电动机和飞轮；

②离合器和制动器；

③传动装置。

讲授新课三49/272）滑块

单台压力机主要应用螺杆承受压力，其滑块调整量可达到600mm，以使模具空间适应不同的模具高度。

对于多工位压力机来说，150mm的滑块调整量已经足够，采用制动电动机和蜗杆传动机构。

讲授新课三图16滑块调整装置50/27

（五）汽车冲压自动化生产线

目前，国内各大汽车厂的车身覆盖件的批量生产均采用冲压自动化生产线或大型多工位压力机。讲授新课三51/27

1.汽车落料剪切生产线

汽车车身冲压件所用钢板是以卷料进厂，在剪切线上剪成所需要的尺寸与形状。

生产线由卷料台车、储存装置、开卷机、缓冲架、洗涤弯转装置、平整机、高速送料器、落料压力机、堆料机、控制装置组成。讲授新课三52/27

2.冲压自动化生产线

汽车覆盖件冲压生产的机械化和自动化程度是汽车车身制造技术水平的重要标志之一。

机械化和自动化主要表现在：坯料准备，使用卷材、带料，实现卷材的开卷、校平和落料自动化。

（1）半自动冲压生产线

是指除二次加工件需人工搬运外，生产线上的其他装置与设备(装料器、卸料器)都实现了自动化。半自动化生产线：人工上料、取件，由传送带在设备间运输半成品件。讲授新课三53/27讲授新课三1-板料送料器2-摆臂3-翻转器4-压力机的送料与操作5、7-带式输送机6-滑板8-平直卸料器9-将工件送至下道工序半自动冲压生产线板料上料装置板料下料装置翻转装置54/27讲授新课三板料送料器结构图1-板料2-支座3-真空吸盘4-后推进器5-电磁托架6-检测器7-驱动装置8-涂油辊9-前推进器10-料架自动下料装置最常用的是各种类型的机械手或接触器，大多数安装在压力机上，有的是单独安装。55/27

（2）冲压自动生产线

按其机械结构不同，可分为刚性连接的自动线和柔性连接的自动生产线。讲授新课三刚性连接的自动化生产线56/27

刚性连接的自动线由一个贯通全线的刚性滑架构成，整个滑架与压力机同步动作。要求压力机之间距离相等或压力机间成倍。刚性生产线具有显著提高生产率、降低工人劳动强度、节约劳动力、保证制造质量、降低生产成本、适合大规模生产的优点。这种自动线的自动化程度较高，通用性较差，要有很好的定位和可靠的保险装置。只适合大量固定产品的生产。讲授新课三①刚性连接的自动线57/27柔性连接的自动生产线调整方便、机动灵活、通用性较好，压力机间距离不定相等，也不一定要求压力机距离间隔为零件共位的倍数。讲授新课三②柔性连接的自动生产线柔性连接的半自动化生产线半自动化生产线示意图58/27目前，国内各大汽车厂的车身覆盖件的批量生产均采用冲压自动化生产线或者大型多工位压力机。由单台压力机串联成一条生产线，压力机之间零件的搬运采用机器人完成。这种通过机器人组成的自动化冲压线，在世界范围内得到了广泛的应用。讲授新课三③全自动冲压生产线冲压自动化生产线59/27

在生产线的前段配置机器人自动拆垛、板料自动清洗、板料自动涂油、板料自动对中等系统，压力机间的零件传输采用自动化设备输送，线尾配置下料机器人、出料皮带机、检查台和照明系统，冲压生产线设置左右移出工作台、自动换模系统、端拾器自动更换系统，模具与端拾器自动更换，大大缩短了换模及模具调整时间。其中，压力机间的零件传输采用自动化设备有多轴（6轴或7轴）机器人、单臂机械手、双臂机械手等。双臂机械手输送系统通常安装在设备基础上，相对于单臂机械手输送系统具有速度更快、稳定性更高的特点。讲授新课三④机器人冲压自动生产线60/27讲授新课三61/27