實現(xiàn)先進制造的中國夢

文/許進鴻·協(xié)易機械工業(yè)股份有限公司

實現(xiàn)先進制造的中國夢

文/許進鴻·協(xié)易機械工業(yè)股份有限公司

鍛壓機床作為工業(yè)基礎(chǔ)裝備的重要組成部分之一，在汽車制造、交通運輸、航空航天、冶金化工等重要工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用。由于汽車產(chǎn)業(yè)是民生工業(yè)中最為先行者，沖壓制造優(yōu)化的未來趨勢，可以在先進汽車的制造上看到一些端倪。汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是技術(shù)很成熟的產(chǎn)業(yè)。中國汽車市場銷量在2009年達到創(chuàng)紀(jì)錄的1360萬輛，超越美國成為世界第一大汽車市場之后，這意味著汽車產(chǎn)業(yè)將逐漸轉(zhuǎn)移到優(yōu)化的大方向上頭。中國有龐大的給汽車產(chǎn)業(yè)配套的產(chǎn)業(yè)，這可以促進中國汽車產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化發(fā)展。中國還有著龐大的汽車銷售市場，這對鍛煉國內(nèi)的汽車企業(yè)很有好處，企業(yè)強大以后才可以逐漸走出國門。

汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)輕量化的大趨勢

近年來，汽車產(chǎn)業(yè)界最重要的一個課題是致力于減少環(huán)境的負(fù)擔(dān)，但對安全性的要求也是持續(xù)提高。最主要的對策之一是輕量化。使得高張力鋼鈑的采用比率急速的增加。這是因為高強度鋼鈑符合先進制造材料的幾個特性，包括:

⑴設(shè)計上可多樣化。

⑵成本的效率特性。

⑶制造過程中的低排放特性。

⑷可回收再利用的特性。

⑸產(chǎn)業(yè)規(guī)模好以及不斷投入的研究發(fā)展。

為了實現(xiàn)輕量化，沖壓件制造廠需要用高強度鋼板。隨著沖壓件產(chǎn)品形狀的復(fù)雜化，材料抵抗變形的能力增加了。與此同時，沖壓機的工程數(shù)目也在增加，使制造廠家需要購買更高噸位的沖床或壓機。同時模具，也更容易損壞,更需要維修保養(yǎng)和購新。各類成形加工的從業(yè)者，未來會有一些不盡相同以及共同的挑戰(zhàn)，見表1。

伺服沖床的特點

面對汽車行業(yè)對制造廠越來越高的要求，裝備的供應(yīng)者如何建立客戶的競爭優(yōu)勢呢？制造廠需要設(shè)備供應(yīng)商能夠提供這樣的裝備：沖件品質(zhì)高，穩(wěn)定性好，精度高，模具壽命較長，產(chǎn)量高，可承接更多的加工，工作環(huán)境更改善，總體生產(chǎn)成本降低。

■表1 各類成形加工者未來面臨的挑戰(zhàn)

20世紀(jì)90年代后半開發(fā)的伺服沖床,問世已經(jīng)近20年，在其他國家諸如日本已占沖床出貨金額的50%以上。自由控制沖頭動作的獨特技術(shù)牽引市場,從切削等其他工法漸漸轉(zhuǎn)換為沖壓加工和復(fù)合加工。最新技術(shù)和開發(fā)方針，都與客戶需求的加工技術(shù)對應(yīng)。低速高扭矩馬達的動向和多軸化、超大型化等最新技術(shù)動向，都非常符合國內(nèi)有意進行先進制造企業(yè)的要求。伺服沖床開發(fā)至今,世界各國的廠商也開始制作伺服沖床。早期提倡伺服沖床的優(yōu)點是讓客戶使用,現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是硬件方面,軟件方面的開發(fā)也變得越來越重要。

伺服沖床的技術(shù)特點，包括以下幾方面：

⑴左右伺服沖床性能的要素中,以伺服馬達為重中之重。伺服馬達的種類、加減速軟件等,都會影響伺服沖床運轉(zhuǎn)時的性能，特別是沖頭動作和加壓停止會發(fā)生較大的差異。直驅(qū)式伺服沖床與標(biāo)準(zhǔn)的一段減速直驅(qū)構(gòu)造,是目前的主流產(chǎn)品。為了實現(xiàn)此構(gòu)造,需要具有低轉(zhuǎn)速、高扭矩特性的伺服馬達。SEYI在臺灣量產(chǎn)的低轉(zhuǎn)速、高扭矩特性的大型伺服馬達，并推出SD1/SD2的伺服沖床。伺服馬達的控制系統(tǒng)采用的是美國Motion Controller公司的產(chǎn)品,可實現(xiàn)高速控制、安定控制及容易維修等沖床追求的重要功能，如圖1所示。

圖1 伺服專用馬達

⑵日本的放電精密加工研究所研制了復(fù)動式?jīng)_床的單發(fā)加工技術(shù)，開發(fā)機械式的4軸直動伺服沖床,獲得制造業(yè)日本大獎。該技術(shù)的特征是內(nèi)沖頭及外沖頭和油壓模墊,可各別獨立動作。由于沒有將材料橫向運送,而是將數(shù)道工程進行縱向單發(fā)加工,最終可以避免偏心荷重,以工程中的最大荷重能力實現(xiàn)。在具體應(yīng)用上,精密剪斷、精密板鍛造、抽引、鍛造、孔凸緣等復(fù)合加工可在一個模具內(nèi)加工完成，實現(xiàn)了降低成本、減少機械設(shè)置面積、減少模具個數(shù)的良好效果。

⑶日本的森鐵工(株)、AISIN-AW(株)等企業(yè)實現(xiàn)了in-line生產(chǎn)的復(fù)動1行程沖壓加工。森鐵工進行多軸油壓伺服沖床的開發(fā),AISIN-AW開發(fā)離合器零件單一形式的生產(chǎn)系統(tǒng)。以往大型的傳送沖床需要6～13道工程生產(chǎn),現(xiàn)在只需要1道縱向工程即可生產(chǎn)。最終不需要高屋頂或挖坑廠房,不用準(zhǔn)備中間庫存,就可做到和后工程in-line生產(chǎn),降低成本,得到許多良好效果。此技術(shù)獲得日本塑性加工學(xué)會大獎,足以證明優(yōu)秀。

⑷節(jié)約能源的伺服沖床生產(chǎn)線。以往的傳送沖床或者是縱列線,由于沖頭同時在下死點,加工力大或者電容量大,都會造成浪費。日本AMINO為中國提供的5臺1000～6000t機械連桿伺服沖床生產(chǎn)線,節(jié)約能源的效果很顯著,以運轉(zhuǎn)8個月的數(shù)據(jù)來看,伺服沖床的電力消耗是機械式?jīng)_床生產(chǎn)線40%。通過在5臺縱列線行程上設(shè)時間差做重迭加工,高峰電流的最大值只要一臺就夠了，可節(jié)省1次側(cè)電源設(shè)備容量1250kVA。

⑸材料成形技術(shù)的優(yōu)化。伺服沖床可以階段動作,靈活應(yīng)用這個性能可以在極短的時間(1～2s)設(shè)置沖頭停止荷重會下降，稱為沖壓應(yīng)力緩和（應(yīng)力緩合是指彈性應(yīng)變隨時間變化為塑性應(yīng)變）。在材料方面,黏性的應(yīng)變速度相關(guān)性材料,加工條件上受溫度和速度及停止時間的影響。另外,伺服沖床在拉深和壓縮上有不同的表現(xiàn)形式,拉深時的應(yīng)力較為緩和。一般壓印加工時,透過在下死點停留可以減少回彈提高精度,但是不了解這就是應(yīng)力緩和效果。AIDA ENGINEERING在各種厚板上壓入直徑φ為10mm的鋼球,證實壓入深度精度與下死點停留時間有關(guān)。就材料本身而言，鋁也有同樣效果。本田技術(shù)研究所活用階段動作,成功提高深拉深成形界線。

協(xié)易公司的伺服壓機應(yīng)用經(jīng)驗與解決方案

臺灣的協(xié)易公司在裝備市場推出了伺服壓機，同樣也積累了伺服應(yīng)用經(jīng)驗與解決方案：

⑴級進模成功地整合沖裁下料＋彎曲＋壓印＋切邊在一臺伺服沖床中完成，平整度、精度以及壓印改善明顯，見圖2。

圖2 級進模整合多道工序于一臺伺服沖床

⑵利用壓印并沖擊(多次沖壓)的技術(shù)對于先進高強鋼進行加工，使得成形的形狀完美，有效解決回彈缺陷，圖3a為伺服沖床加工出的成形完美的產(chǎn)品，產(chǎn)能優(yōu)異，圖3b為慢速連桿沖壓機加工出來的產(chǎn)品，外觀缺陷明顯。

圖3 不同壓機加工的產(chǎn)品對比

⑶利用低速拉深＋持壓的滑塊運動模式可以釋放出高工作能量，并進行深拉深的作業(yè)，維持高質(zhì)量的沖壓件產(chǎn)出。使用一臺SEYI 200t的伺服沖床進行單工程深抽引,成形性比在一臺600t的油壓機上用兩工程的方式更佳，且產(chǎn)量更高,成本更低。

⑷利用級進模配往復(fù)式(鐘擺式)滑塊運動，可以同時兼具產(chǎn)能倍增和節(jié)省能源的雙重目的。以往復(fù)式行程85mm, 成形總負(fù)載30t沖壓加工為例，實際測得的能量消耗降低50%，每分鐘的產(chǎn)能增加到2倍。

⑸適合伺服沖床的模具設(shè)計，包括以下幾方面：1)沖剪模設(shè)計應(yīng)考慮的重點，如間隙、模具R角、沖壓R角、范本厚度。沖剪模具與速度、動作、材質(zhì)的關(guān)聯(lián), 需要選定最適合的條件。要綜合分析并考慮對剪斷面、凹陷、毛邊、精度、模具壽命等的影響；2)抽引模設(shè)計應(yīng)考慮的重點，如沖壓R角、模具R角、間隙、表面粗糙度等對破裂、皺褶、精度、抽引界線的影響,與沖頭動作、速度、模墊(可變壓邊力等)的關(guān)聯(lián)進行設(shè)計。與潤滑效果的關(guān)系也非常重要；3)彎曲模設(shè)計應(yīng)考慮的重點，如破裂、回彈和模具等因素的關(guān)系。

中國鍛壓行業(yè)的發(fā)展方向

為了長遠的發(fā)展，行業(yè)需要優(yōu)先且持續(xù)地關(guān)注和聚焦在綠色與智能。其中“綠色”意味著節(jié)省能源，減少碳排放，節(jié)省材料，減少粉塵和廢棄物，降低噪聲等。“智能”意味著更高的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度、更穩(wěn)定的重復(fù)精度、更加柔性化的生產(chǎn)方式、較低的勞動強度、更快的市場響應(yīng)速度、更加全面的企業(yè)信息化系統(tǒng)等。

圖4 協(xié)易公司伺服沖床

作為沖壓產(chǎn)業(yè)的裝備供應(yīng)商，協(xié)易公司有多年伺服沖壓應(yīng)用的經(jīng)驗，可以為客戶提供解決方案，并且秉持著綠色與智能的前提，為客戶提高沖壓機的技術(shù)附加值。協(xié)易公司伺服壓機是結(jié)合科技、創(chuàng)新與設(shè)計藝術(shù)的高技術(shù)含量產(chǎn)品，符合未來工業(yè)的綠色與智能前提。協(xié)易伺服SD系列伺服沖床可以自行設(shè)定不同產(chǎn)品的成形要求，單軸SD1和雙軸SD2系列（圖4），由內(nèi)而外,從硬件到軟件,從機械設(shè)計到控制技術(shù),從科技的含量到美學(xué)的展現(xiàn)，在市場上都非常領(lǐng)先。