新型壓力機助力企業(yè)領跑工業(yè)4.0

文/秦劍,李逸,岳雨蒙·徐州鍛壓機床廠集團有限公司

”工業(yè)4.0”的概念，是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，智能制造的基礎是生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡化。隨著《中國制造2025》實施的深入，在汽車、家電行業(yè)覆蓋件沖壓線使用上，對生產(chǎn)節(jié)拍和零件品質的制造標準要求越來越高，同時對連線的壓力機和機械手也提出了更高要求。在用戶市場需求的拉動下，一批與先進沖壓工藝相配套的新型壓力機應運而生，下文舉例說明。

伺服機械壓力機取代多連桿壓力機——效益就是生命

在汽車、家電行業(yè)中，汽車車門等覆蓋件、洗衣機箱體等鈑金件的第一道淺拉伸工序以往多采用連桿機械壓力機設備。近兩年江陰和合肥兩地新上的生產(chǎn)線，已開始采用設備成本較高的國產(chǎn)伺服機械壓力機。

江陰富仁機件公司的洗衣機箱體沖壓線，拉伸工序采用的是DPS4L-800E閉式四點伺服壓力機（圖1），其余設備是3臺L36-250B框架式機械壓力機。該生產(chǎn)線節(jié)拍7～8件/分，連線方式為獨立機械手轉序，伺服壓力機工作臺面尺寸為4200mm×2200mm、滑塊工作行程400mm。

生產(chǎn)線上出現(xiàn)的這種設備升級換代主要源于伺服機械壓力機的獨特優(yōu)勢。例如伺服機械壓力機的滑塊行程可在零和最大行程之間任意設置，根據(jù)不同的模具可選擇不同的行程，有效提高了生產(chǎn)效率。

另外，伺服機械壓力機的滑塊壓力曲線、位移曲線、速度曲線可編程控制，針對不同零件材料的變形規(guī)律，可設計出相應的壓力、速度曲線進行操作，有效降低了零件廢品率。用戶之所以選擇伺服機械壓力機，主要是基于單件生產(chǎn)成本效益的考慮。伺服機械壓力機雖然購置成本高，但是生產(chǎn)線運行后因為每天的產(chǎn)量增加,廢品率降低，折算到單個零件的制造成本反而下降了，經(jīng)濟效益提升。另外伺服機械壓力機的全數(shù)字化控制系統(tǒng)，為智能車間、智能工廠的建設創(chuàng)造了有利條件。

圖1 洗衣機箱體DPS4L-800E伺服機沖壓線

車橋整體成形生產(chǎn)線方興未艾——技術引領發(fā)展

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車車橋的市場需求量激增。汽車車橋分為驅動橋和從動橋兩種(圖2)。隨著技術進步，近年來汽車驅動橋的成形技術已進入了第四代，給產(chǎn)品品質和生產(chǎn)成本帶來了重大的影響，同時也擴展了液壓機專機的產(chǎn)品線。

圖2 汽車驅動橋和從動橋

第一代橋殼產(chǎn)品——鑄造橋殼

鑄造橋殼（圖3）采用球墨鑄鐵或高強度鑄鐵，整體鑄造出中間琵琶形開口殼體與兩側變截面空心管體毛坯；機械加工后將其兩端壓入較長的半軸套管，并用螺栓或銷軸固定。鑄造橋殼的特點有：剛性好、減振性好，但耐沖擊性能和強度較差、橋殼較重、不符合現(xiàn)代輕量化的主流，同時制造過程中產(chǎn)生的污染較嚴重，屬于逐步淘汰產(chǎn)品。

圖3 鑄造橋殼

第二代橋殼產(chǎn)品——沖壓焊接式橋殼

為了克服鑄造式橋殼的弊端，國外工業(yè)發(fā)達國家在20世紀70年代成功開發(fā)出沖壓焊接式橋殼（圖4），并廣泛應用于輕、中、重型商用車的制造中。該產(chǎn)品生產(chǎn)方法采用低碳合金鋼厚板作原材料，在普通液壓機上完成落料、彎曲工序，分別沖壓成上半橋殼體、下半橋殼體；然后用CO2氣體保護焊將二者組焊成橋殼本體(有時需焊上4個三角板鑲塊)；經(jīng)機械加工后，焊上加強環(huán)、后堵蓋與半軸套管，從而得到?jīng)_壓焊接式橋殼。

圖4 沖壓焊接式橋殼汽車車橋

該制造方法的特點有：制件質量輕，比同型號鑄造式橋殼輕15%～20%，利于整車輕量化，可降低油耗、廢品率，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。缺點有生產(chǎn)設備多、工裝模具多、投資大、材料利用率較低、焊接工作量大。由于焊接變形，會導致橋殼抗疲勞性能降低。尤其是汽車在顛簸不平的路面行駛時，會因橋殼變形而導致其內部的半軸、齒輪等零件損壞，影響車橋傳動性能，降低其使用壽命。

第三代橋殼產(chǎn)品——無縫鋼管冷擠擴脹成形橋殼

無縫鋼管冷擠擴脹成形技術，一般采用低碳合金結構鋼(16MnL)熱軋無縫鋼管作原料。在液壓專機上，先將管坯兩端縮徑，中間部分利用模具變形為方形管坯后，在管坯中央切割出異型預制孔，隨后采用機械擴脹的方法進行整體橋殼成形。

該制造方法的優(yōu)點有：⑴采用無縫鋼管加工，材料利用率較高；二是兩側采用冷縮徑成形，橋管兩側無焊縫，所成形的橋殼剛性好；⑵消除了兩半橋殼的直焊縫，節(jié)省了直縫焊接的工作量。缺點有：⑴冷擴脹中央殼體時殘留應力大，需采用整體熱處理方法消除應力；⑵冷擴脹會產(chǎn)生局部開裂，廢品率較高；⑶冷擴脹成形后形成更大的三角形開口，要焊上比沖壓焊接橋殼時更大的三角板鑲塊，引起變形或殘留應力；四是需要專門的成形工裝模具，設備投資較大。

第四代、最新一代橋殼產(chǎn)品——整體熱擴脹式橋殼

圖5所示為整體熱擴脹式橋殼，該方法需采用特定尺寸的管坯，其工藝順序為第一次加熱→管坯預成形→切割預制孔→第二次加熱→完成熱擴脹預成形→終成形擴脹→整形等。

圖5 整體熱擴脹式橋殼

該制造方法的優(yōu)點有：采用整體熱擴脹方法，相較于前三代技術降低了機械加工量，提高了制品剛度、產(chǎn)品的使用壽命。缺點有：成形擴脹與整形擴脹需多次成形，生產(chǎn)設備多、工裝模具多，投資大，適用于大規(guī)模、成批量生產(chǎn)。

對于整體熱擴脹式橋殼技術，現(xiàn)以徐鍛集團為國內某廠提供的生產(chǎn)線為例進行說明。

整體橋殼成形技術主要包括以下工序：⑴下料。選用圓管形坯料，按照整體驅動橋殼體所需尺寸下料，切割工藝槽；⑵將坯料兩端擠壓成軸頭；⑶推方。將緊鄰軸頭的坯料推方為方形管狀(圖6)；⑷工件加熱；⑸預擴孔。將加熱后的工件中心孔進行預擴孔(圖7)；⑹終擴孔。將工件中心孔進行擴孔至最終尺寸；⑺整形：三角區(qū)部分整形及琵琶孔滾形；⑻校直。將工件整體校直，形成成品。

圖6 縮頸、推方后工件

圖7 預擴孔工序

整體橋殼成形技術使用了六臺液壓專機生產(chǎn)產(chǎn)品，分別包括：⑴XD-CQ-350/700擠壓機，完成工件縮頸和推方工序；⑵XD-CQ-63/125預擴孔機，完成琵琶孔預擴孔工序：⑶XD-CQ-160/100終擴孔機，完成琵琶孔終擴孔工序；⑷XD-CQ-100滾型機，完成琵琶孔端面校平工序；⑸XD-CQ-160整形機，完成三角區(qū)整形工序；⑹XD-CQ-200/200校直機，完成了工件整體校直工序。

車橋產(chǎn)品成形技術引領液壓專機的發(fā)展方向

上述四代汽車驅動橋殼的生產(chǎn)技術，除第一代鑄造橋殼外，其余橋殼成形技術都依賴液壓專機進行生產(chǎn)。究其原因主要是液壓專機可根據(jù)橋殼成形工藝模具的變化，方便的進行設計制造，且成本較機械、伺服壓力機低廉。

目前汽車車橋市場上，企業(yè)競爭已由品牌、質量、價格競爭演變?yōu)闆_壓工藝先進性的比拼。隨著先進沖壓工藝、模具的不斷推陳出新，新型液壓專機的開發(fā)將會呈現(xiàn)出“百花齊放”局面！

快速移模取料專用液壓機——效率就是利潤

拿冰箱內膽來說（圖8），其材質一般是ABS或HIPS。制作工藝通常采用“丙烯腈—丁二烯—苯乙烯”塑料擠出板材，然后進行真空熱成形（凸模成形法），接下來切邊沖孔。為提高生產(chǎn)效率、降低成本，冰箱生產(chǎn)廠家現(xiàn)要求將真空熱成形、切邊沖孔兩道工藝組線生產(chǎn)。

圖8 冰箱內膽

該生產(chǎn)線的難度為要保證54秒/件的生產(chǎn)節(jié)拍速度，前道真空熱成形工序時間是54秒，決定了后道切邊沖孔工序必須小于54秒。切邊沖孔工序采用快速移模取料專用液壓機，徐鍛制造的YX34K-200Z快速移模取料專用液壓機生產(chǎn)線已進入大批量生產(chǎn)階段，其主要參數(shù)為：公稱力2000kN，滑塊行程90mm，開口高度2000mm，滑塊快下和回程速度300mm/s、工作速度1030mm/s，移臺（工作臺）尺寸左右2680mm×前后1580mm，移臺移出距離1700mm，移臺重復定位精度±0.02mm。設備工作程序為：首先移臺帶著模具下模，快速從壓力機機身內移出，上模留在滑塊上；其次，由兩個機械手先后執(zhí)行下料、上料動作；接下來，移臺帶著模具下模，快速移入機身、到達合模位置；最后壓力機滑塊下行完成一次沖壓，迅速回程。為保證54秒內的生產(chǎn)節(jié)拍，該專機每段程序分配的工作時間設置如表1所示。

表1 專機切邊沖孔工步分配時間表

結束語

以上案例說明，伺服壓力機取代多連桿沖床、整體成形車橋技術取代鑄造和焊接車橋技術、以及快速移模取料專機取代原有液壓機，新工藝、新技術的應用，對新型壓力機的推出起到了巨大拉動作用。生產(chǎn)線連線的要求和智能化車間建設，又對壓力機提出了新的功能要求。隨著《中國制造2025》的深入，將會涌現(xiàn)出更多新型壓力機助力“工業(yè)4.0”前行。