实现先进制造的中国梦

文/许进鸿·协易机械工业股份有限公司

实现先进制造的中国梦

文/许进鸿·协易机械工业股份有限公司

锻压机床作为工业基础装备的重要组成部分之一，在汽车制造、交通运输、航空航天、冶金化工等重要工业部门得到广泛应用。由于汽车产业是民生工业中最为先行者，冲压制造优化的未来趋势，可以在先进汽车的制造上看到一些端倪。汽车产业已经是技术很成熟的产业。中国汽车市场销量在2009年达到创纪录的1360万辆，超越美国成为世界第一大汽车市场之后，这意味着汽车产业将逐渐转移到优化的大方向上头。中国有庞大的给汽车产业配套的产业，这可以促进中国汽车产业的优化发展。中国还有着庞大的汽车销售市场，这对锻炼国内的汽车企业很有好处，企业强大以后才可以逐渐走出国门。

汽车产业实现轻量化的大趋势

近年来，汽车产业界最重要的一个课题是致力于减少环境的负担，但对安全性的要求也是持续提高。最主要的对策之一是轻量化。使得高张力钢钣的采用比率急速的增加。这是因为高强度钢钣符合先进制造材料的几个特性，包括:

⑴设计上可多样化。

⑵成本的效率特性。

⑶制造过程中的低排放特性。

⑷可回收再利用的特性。

⑸产业规模好以及不断投入的研究发展。

为了实现轻量化，冲压件制造厂需要用高强度钢板。随着冲压件产品形状的复杂化，材料抵抗变形的能力增加了。与此同时，冲压机的工程数目也在增加，使制造厂家需要购买更高吨位的冲床或压机。同时模具，也更容易损坏,更需要维修保养和购新。各类成形加工的从业者，未来会有一些不尽相同以及共同的挑战，见表1。

伺服冲床的特点

面对汽车行业对制造厂越来越高的要求，装备的供应者如何建立客户的竞争优势呢？制造厂需要设备供应商能够提供这样的装备：冲件品质高，稳定性好，精度高，模具寿命较长，产量高，可承接更多的加工，工作环境更改善，总体生产成本降低。

■表1 各类成形加工者未来面临的挑战

20世纪90年代后半开发的伺服冲床,问世已经近20年，在其他国家诸如日本已占冲床出货金额的50%以上。自由控制冲头动作的独特技术牵引市场,从切削等其他工法渐渐转换为冲压加工和复合加工。最新技术和开发方针，都与客户需求的加工技术对应。低速高扭矩马达的动向和多轴化、超大型化等最新技术动向，都非常符合国内有意进行先进制造企业的要求。伺服冲床开发至今,世界各国的厂商也开始制作伺服冲床。早期提倡伺服冲床的优点是让客户使用,现在已经不仅仅是硬件方面,软件方面的开发也变得越来越重要。

伺服冲床的技术特点，包括以下几方面：

⑴左右伺服冲床性能的要素中,以伺服马达为重中之重。伺服马达的种类、加减速软件等,都会影响伺服冲床运转时的性能，特别是冲头动作和加压停止会发生较大的差异。直驱式伺服冲床与标准的一段减速直驱构造,是目前的主流产品。为了实现此构造,需要具有低转速、高扭矩特性的伺服马达。SEYI在台湾量产的低转速、高扭矩特性的大型伺服马达，并推出SD1/SD2的伺服冲床。伺服马达的控制系统采用的是美国Motion Controller公司的产品,可实现高速控制、安定控制及容易维修等冲床追求的重要功能，如图1所示。

图1 伺服专用马达

⑵日本的放电精密加工研究所研制了复动式冲床的单发加工技术，开发机械式的4轴直动伺服冲床,获得制造业日本大奖。该技术的特征是内冲头及外冲头和油压模垫,可各别独立动作。由于没有将材料横向运送,而是将数道工程进行纵向单发加工,最终可以避免偏心荷重,以工程中的最大荷重能力实现。在具体应用上,精密剪断、精密板锻造、抽引、锻造、孔凸缘等复合加工可在一个模具内加工完成，实现了降低成本、减少机械设置面积、减少模具个数的良好效果。

⑶日本的森铁工(株)、AISIN-AW(株)等企业实现了in-line生产的复动1行程冲压加工。森铁工进行多轴油压伺服冲床的开发,AISIN-AW开发离合器零件单一形式的生产系统。以往大型的传送冲床需要6～13道工程生产,现在只需要1道纵向工程即可生产。最终不需要高屋顶或挖坑厂房,不用准备中间库存,就可做到和后工程in-line生产,降低成本,得到许多良好效果。此技术获得日本塑性加工学会大奖,足以证明优秀。

⑷节约能源的伺服冲床生产线。以往的传送冲床或者是纵列线,由于冲头同时在下死点,加工力大或者电容量大,都会造成浪费。日本AMINO为中国提供的5台1000～6000t机械连杆伺服冲床生产线,节约能源的效果很显著,以运转8个月的数据来看,伺服冲床的电力消耗是机械式冲床生产线40%。通过在5台纵列线行程上设时间差做重迭加工,高峰电流的最大值只要一台就够了，可节省1次侧电源设备容量1250kVA。

⑸材料成形技术的优化。伺服冲床可以阶段动作,灵活应用这个性能可以在极短的时间(1～2s)设置冲头停止荷重会下降，称为冲压应力缓和（应力缓合是指弹性应变随时间变化为塑性应变）。在材料方面,黏性的应变速度相关性材料,加工条件上受温度和速度及停止时间的影响。另外,伺服冲床在拉深和压缩上有不同的表现形式,拉深时的应力较为缓和。一般压印加工时,透过在下死点停留可以减少回弹提高精度,但是不了解这就是应力缓和效果。AIDA ENGINEERING在各种厚板上压入直径φ为10mm的钢球,证实压入深度精度与下死点停留时间有关。就材料本身而言，铝也有同样效果。本田技术研究所活用阶段动作,成功提高深拉深成形界线。

协易公司的伺服压机应用经验与解决方案

台湾的协易公司在装备市场推出了伺服压机，同样也积累了伺服应用经验与解决方案：

⑴级进模成功地整合冲裁下料＋弯曲＋压印＋切边在一台伺服冲床中完成，平整度、精度以及压印改善明显，见图2。

图2 级进模整合多道工序于一台伺服冲床

⑵利用压印并冲击(多次冲压)的技术对于先进高强钢进行加工，使得成形的形状完美，有效解决回弹缺陷，图3a为伺服冲床加工出的成形完美的产品，产能优异，图3b为慢速连杆冲压机加工出来的产品，外观缺陷明显。

图3 不同压机加工的产品对比

⑶利用低速拉深＋持压的滑块运动模式可以释放出高工作能量，并进行深拉深的作业，维持高质量的冲压件产出。使用一台SEYI 200t的伺服冲床进行单工程深抽引,成形性比在一台600t的油压机上用两工程的方式更佳，且产量更高,成本更低。

⑷利用级进模配往复式(钟摆式)滑块运动，可以同时兼具产能倍增和节省能源的双重目的。以往复式行程85mm, 成形总负载30t冲压加工为例，实际测得的能量消耗降低50%，每分钟的产能增加到2倍。

⑸适合伺服冲床的模具设计，包括以下几方面：1)冲剪模设计应考虑的重点，如间隙、模具R角、冲压R角、范本厚度。冲剪模具与速度、动作、材质的关联, 需要选定最适合的条件。要综合分析并考虑对剪断面、凹陷、毛边、精度、模具寿命等的影响；2)抽引模设计应考虑的重点，如冲压R角、模具R角、间隙、表面粗糙度等对破裂、皱褶、精度、抽引界线的影响,与冲头动作、速度、模垫(可变压边力等)的关联进行设计。与润滑效果的关系也非常重要；3)弯曲模设计应考虑的重点，如破裂、回弹和模具等因素的关系。

中国锻压行业的发展方向

为了长远的发展，行业需要优先且持续地关注和聚焦在绿色与智能。其中“绿色”意味着节省能源，减少碳排放，节省材料，减少粉尘和废弃物，降低噪声等。“智能”意味着更高的生产效率和产品精度、更稳定的重复精度、更加柔性化的生产方式、较低的劳动强度、更快的市场响应速度、更加全面的企业信息化系统等。

图4 协易公司伺服冲床

作为冲压产业的装备供应商，协易公司有多年伺服冲压应用的经验，可以为客户提供解决方案，并且秉持着绿色与智能的前提，为客户提高冲压机的技术附加值。协易公司伺服压机是结合科技、创新与设计艺术的高技术含量产品，符合未来工业的绿色与智能前提。协易伺服SD系列伺服冲床可以自行设定不同产品的成形要求，单轴SD1和双轴SD2系列（图4），由内而外,从硬件到软件,从机械设计到控制技术,从科技的含量到美学的展现，在市场上都非常领先。