文/許進(jìn)鴻·協(xié)易機(jī)械工業(yè)股份有限公司

先進(jìn)制造工藝的發(fā)展趨勢(shì)與伺服沖床

文/許進(jìn)鴻·協(xié)易機(jī)械工業(yè)股份有限公司

從未來(lái)沖壓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)、汽車沖壓行業(yè)的技術(shù)難點(diǎn)、技術(shù)動(dòng)向、沖壓成形業(yè)者面臨的難題與對(duì)裝備提出的技術(shù)要求，來(lái)看待伺服壓機(jī)的發(fā)展、理解伺服壓機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、技術(shù)特色與應(yīng)用案例。

板材加工行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)

金屬成形是一種與生活息息相關(guān)的科技。隨著科技的日新月異，生活水平的不斷提升，人類的生活需求驅(qū)動(dòng)金屬加工的技術(shù)層次越來(lái)越走向高難度的境界。一般來(lái)講，板材加工有以下幾種工藝：分離、裁切、切邊、翻孔、沖壓、沖孔、起伏成形、拉延、分離切斷等。進(jìn)行這些加工工藝的沖壓設(shè)備，已經(jīng)研究發(fā)展超過(guò)150年之久了。從單機(jī)生產(chǎn)依賴人力的操作方式，到全線自動(dòng)化的高速生產(chǎn)模式，裝備的供應(yīng)者為了行業(yè)的需要，在持續(xù)不斷地為產(chǎn)業(yè)界提供價(jià)值，無(wú)論消費(fèi)性電子用品（如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、手表等），家用電氣用品（如電視、冰箱、洗衣機(jī)、烤箱等），還是汽車、機(jī)車等交通工具的成車制造/售后零件等。

然而，明確板材加工未來(lái)的角色到底是什么，首先必須要了解的是，成形業(yè)者所面臨的挑戰(zhàn)。見(jiàn)表1，各類成形加工的從業(yè)者，未來(lái)會(huì)有一些不盡相同以及共同的挑戰(zhàn)。

■ 表1 不同的成形工藝面臨的不同挑戰(zhàn)

板材加工的行業(yè)現(xiàn)狀與調(diào)整方向

中國(guó)的板材加工行業(yè)，伴隨著改革開(kāi)放的三十年，制造業(yè)的興起吸引了世界的眼球。在這個(gè)過(guò)程中，引進(jìn)、吸收、消化國(guó)外先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，同時(shí)也在進(jìn)行著企業(yè)自身先進(jìn)技術(shù)的積累和人員的培訓(xùn)。堅(jiān)持自主創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)新型技術(shù)和設(shè)計(jì)新的實(shí)用產(chǎn)品，進(jìn)行智力和創(chuàng)新型輸出的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)由制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，也在不斷堅(jiān)持。然而，板材成形行業(yè)在世界同行中所處的地位，過(guò)去的三十年都屬于在制造產(chǎn)品，甚至是別人的代工廠，在產(chǎn)品質(zhì)量、定價(jià)上沒(méi)有任何話語(yǔ)權(quán)，那么付出就不可能獲得合理的回報(bào)。不僅如此，國(guó)內(nèi)同類企業(yè)繁多，低端競(jìng)爭(zhēng)激烈，企業(yè)間相互壓價(jià)，使企業(yè)陷入微利狀態(tài)。特別是加工企業(yè)，絕大多數(shù)都是規(guī)模小的專業(yè)化制造企業(yè)，設(shè)備投資較大，技術(shù)含量相對(duì)較高，市場(chǎng)針對(duì)性強(qiáng)，生產(chǎn)不易轉(zhuǎn)型，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)較高。

針對(duì)目前行業(yè)的這種狀況，企業(yè)可從以下幾個(gè)方面加以改進(jìn)和提高：⑴改進(jìn)現(xiàn)有工藝設(shè)備，滿足產(chǎn)品質(zhì)量和供貨要求；⑵盡可能采用先進(jìn)的制造工藝和設(shè)備，提高精密化、專業(yè)化、自動(dòng)化制造水平，滿足柔性生產(chǎn)要求；⑶不斷完善、提高企業(yè)的生產(chǎn)和銷售管理水平，不斷降低自己的管理成本，真正做到向管理要質(zhì)量、要效益，提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力；⑷重視人才隊(duì)伍的建設(shè)，引進(jìn)企業(yè)所需要的高素質(zhì)人才，重視現(xiàn)有職工隊(duì)伍的再教育和培訓(xùn)，保持其技術(shù)和管理水平與時(shí)代同步；⑸加強(qiáng)國(guó)際交流與合作，了解國(guó)內(nèi)外行業(yè)水平，搜集重要行業(yè)情報(bào)，開(kāi)闊決策領(lǐng)導(dǎo)層的視野，提高決策的前瞻性和正確性；⑹培養(yǎng)堅(jiān)實(shí)的誠(chéng)信觀念，承諾保證兌現(xiàn)，在市場(chǎng)上樹(shù)立企業(yè)的良好信譽(yù)，爭(zhēng)做百年企業(yè)；⑺樹(shù)立全局觀念，建立合理的上下游供求關(guān)系；⑻引進(jìn)、培養(yǎng)國(guó)際化人才，了解其他國(guó)家的風(fēng)土人情、法律法規(guī)、語(yǔ)言文化，保證企業(yè)與國(guó)外企業(yè)無(wú)阻礙的溝通，提高合作成功率。

板材加工行業(yè)的技術(shù)動(dòng)向

在中國(guó)鍛壓制造行業(yè)未來(lái)的發(fā)展上，為了提升工業(yè)附加值，提高投入產(chǎn)出比，需要改進(jìn)現(xiàn)有工藝設(shè)備，滿足產(chǎn)品質(zhì)量和供貨要求。采用先進(jìn)的制造工藝和設(shè)備，提高精密化、專業(yè)化、自動(dòng)化制造水平、滿足柔性生產(chǎn)要求是最重要的一項(xiàng)工作。為了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，優(yōu)先且持續(xù)地關(guān)注和聚焦在綠色與智能兩方面，也是不可或缺的一環(huán)。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?！爸悄堋币馕吨叩纳a(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(dòng)強(qiáng)度、更快的市場(chǎng)響應(yīng)速度、更加全面的企業(yè)信息化系統(tǒng)等。

汽車產(chǎn)業(yè)是工業(yè)中的先行者，不論是在技術(shù)或是趨勢(shì)上，都可以這么說(shuō)。因此，沖壓產(chǎn)業(yè)未來(lái)的趨勢(shì)，可以在先進(jìn)汽車的制造上看到一些端倪。以國(guó)外大廠的最新消息為例，日本MAZDA公司已經(jīng)宣布要采用1800MPa的超高強(qiáng)度鋼板，并且將整車的高強(qiáng)度鋼使用率提高到60%。在國(guó)內(nèi)，一汽對(duì)沖壓材料發(fā)展的見(jiàn)解，也在一汽奔騰轎車車身材料高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用上，提高到近50%，其中的B柱、防撞桿等超高強(qiáng)度鋼，也會(huì)采用等級(jí)1500MPa的材料。所以，隨著整車輕量化和安全法規(guī)碰撞安全性要求的日益提高，沖壓材料向著高強(qiáng)度的方向發(fā)展是必然的。高強(qiáng)度鋼板在汽車上的應(yīng)用，發(fā)展相當(dāng)快速。目前在歐洲輕量化概念車的用材中，高強(qiáng)度鋼板約占用80%左右，強(qiáng)度在270～780MPa應(yīng)用的最多。因此，對(duì)于沖壓產(chǎn)業(yè)和裝備供應(yīng)者來(lái)說(shuō)，要看清楚未來(lái)的趨勢(shì)，就要特別重視材料的發(fā)展趨勢(shì)。

然而，如何確認(rèn)鋼鐵依然會(huì)是最佳的制造汽車的優(yōu)勢(shì)材料呢?雖然鋼鐵不是當(dāng)今世界上最強(qiáng)壯的材料，但是其優(yōu)勢(shì)來(lái)講，鋼鐵還是最好的汽車用材料。其優(yōu)勢(shì)包括以下幾方面：

⑴設(shè)計(jì)可多樣化。

⑵成本的效率特性。

⑶制造過(guò)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)模最好，不斷投入并提升強(qiáng)度等級(jí)的研究。

近年來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)界最重要的一個(gè)課題就是致力于減少環(huán)境的負(fù)擔(dān)，還有就是持續(xù)提高安全性。最主要的對(duì)策之一就是輕量化，案例就是車輛骨骼部品的高張力材料化，這都使得高張力鋼板采用比例急速的增加。未來(lái)的技術(shù)艱難之處，仍是汽車制造的車體骨骼沖壓件。目前，高強(qiáng)度鋼材的使用使得成形噸數(shù)增加，模具壽命降低。輕量化的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，會(huì)要求使用更薄的鋼板，而這將使得車身的剛性強(qiáng)度下降。因此，沖壓件產(chǎn)品形狀就會(huì)更復(fù)雜以增加產(chǎn)品強(qiáng)度，這才能使材料抵抗變形的能力增加。沖壓設(shè)備的工程數(shù)目也要增加，使得制造廠需要購(gòu)買更大噸數(shù)的沖床或壓機(jī)。同時(shí)模具也更容易損壞，需要維修保養(yǎng)和購(gòu)新。

另一個(gè)課題是高強(qiáng)度鋼板的回彈現(xiàn)象，這是主導(dǎo)未來(lái)的技術(shù)動(dòng)向主要方面?；貜棳F(xiàn)象的解決措施，包含幾個(gè)方向：

⑴成形速度與材料變形抵抗能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

⑵成形速度與材料的伸長(zhǎng)能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

⑶使用伺服沖床的低速加工特性。

⑷使用伺服沖床的多次下死點(diǎn)通過(guò)特性。

⑸使用伺服沖床的加工振動(dòng)抑制特性。

⑹使用伺服模墊的可變壓邊/壓皺能力特性等。

由此可知，現(xiàn)代化沖壓科技是需要一個(gè)可以編程的滑塊（沖頭），并需要能在任意位置停止、爬升、下降、加速或減速，才能成就最佳的成形工藝與生產(chǎn)目的。因此，傳統(tǒng)機(jī)械式?jīng)_床的基本原理需要做出改變，才能進(jìn)化、蛻變成為可實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)代化沖壓科技。

適用于未來(lái)板材加工行業(yè)的裝備

解讀行業(yè)需求

裝備供應(yīng)商如何建立客戶的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，總的來(lái)說(shuō)包括以下幾方面：沖件品質(zhì)、穩(wěn)定性、精度高、模具壽命較長(zhǎng)、產(chǎn)量較高、加工能力更高、工作環(huán)境更改善和總體生產(chǎn)成本降低。因此，板材加工未來(lái)的裝備的真正方向，是所有裝備供應(yīng)者要捫心自問(wèn)的首要問(wèn)題?，F(xiàn)有的板材加工裝備，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的特性不同（如機(jī)械式、液壓式、多連桿式、螺桿式等），具有的優(yōu)勢(shì)也不同。那么發(fā)展未來(lái)的裝備，首先要先認(rèn)清沖壓產(chǎn)業(yè)未來(lái)的定位何在，未來(lái)的沖壓產(chǎn)業(yè)真正意義是帶動(dòng)生活優(yōu)質(zhì)化的科技，如此才可以找到真正未來(lái)的沖壓裝備。

伺服沖床的技術(shù)特色

臺(tái)灣協(xié)易在2011年3月臺(tái)北機(jī)床展首次推出直驅(qū)式伺服沖床，圖1為其直驅(qū)式電機(jī)，具有世界領(lǐng)先的特性，新穎設(shè)計(jì)，完全針對(duì)未來(lái)沖壓產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)。具備以下技術(shù)特色：

圖1 協(xié)易伺服沖床的直驅(qū)式電機(jī)

⑴極具造型的外觀，與普通機(jī)型進(jìn)行差異化處理，并執(zhí)行最先進(jìn)的沖壓工程。使用最經(jīng)濟(jì)、充足材料優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到高剛性又輕量化的特點(diǎn)。以3D CAE應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，建造低應(yīng)力集中、高度可靠性，并加強(qiáng)耐用性的專用機(jī)身型式。

⑵真正的伺服沖床必須從頭開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)沖床安裝伺服馬達(dá)的拼裝方式，不是真正的伺服沖床。使用最先進(jìn)的直驅(qū)式伺服控制技術(shù)，配備低轉(zhuǎn)速高扭矩的專用伺服馬達(dá)和控制系統(tǒng)，專為沖壓成形所開(kāi)發(fā)，真正實(shí)現(xiàn)集合所有沖壓工作于一身的伺服成形機(jī)。

⑶操控簡(jiǎn)捷/便利/輕便，符合人體工程，柔合友善的操作接口，清晰的觸控面板指令操控，連接人機(jī)及成形的制程。200組以上的模具信息可記憶，加速了換模和生產(chǎn)效能，監(jiān)控生產(chǎn)、品質(zhì)以及偵測(cè)異常。

⑷在極低的成形速度之下，能量還能充裕的提供出來(lái)，使得復(fù)合化成形機(jī)的特色100%實(shí)現(xiàn)。利用滿載負(fù)荷的氮?dú)鈴椈蛇M(jìn)行測(cè)試，完全沒(méi)有回彈的現(xiàn)象，沖頭（滑塊）的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有限制，各種成形需求均不遺漏。

⑸傳動(dòng)和潤(rùn)滑。驅(qū)動(dòng)小齒輪與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)成一體，動(dòng)力傳輸更有效率，將傳動(dòng)距離最小化，有利于機(jī)構(gòu)的平衡平穩(wěn)，以獲得最佳精度。

⑹更高的精度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)的沖床設(shè)計(jì)相比，最大的總合間隙值可以改善30%。

⑺導(dǎo)入了電子式過(guò)負(fù)載保護(hù)裝置（EOLP），在整段行程中保護(hù)沖床、模具及沖壓件等，并且使得下死點(diǎn)(BDC)的動(dòng)態(tài)精度更好。

⑻獨(dú)家設(shè)計(jì)的電力平穩(wěn)化裝置，可避免沖壓瞬間的高功率，節(jié)省能源和電力成本。

⑼伺服沖床將沖壓噪音最小化，減輕工作人員的環(huán)境壓力。以一般下料為例，噪音降低可超過(guò)15dB以上。

伺服沖床的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

協(xié)易精機(jī)具備伺服沖床豐富的加工經(jīng)驗(yàn)，有以下幾方面：

⑴級(jí)進(jìn)模(圖2)。成功整合沖裁下料、彎曲、壓印、切邊在伺服沖床中的應(yīng)用，改善平整度、精度及壓印效果。

圖2 直驅(qū)式伺服沖床在級(jí)進(jìn)模上的應(yīng)用

⑵壓印并沖擊（圖3），多次沖壓可使成形更加完美，很好的解決回彈問(wèn)題。圖3左側(cè)是協(xié)易直驅(qū)式伺服沖床的成形產(chǎn)品，具有形狀完美、產(chǎn)能高的優(yōu)點(diǎn)；右側(cè)是使用一般連桿低速?zèng)_床成形先進(jìn)高強(qiáng)鋼先壓印后再?zèng)_壓成形產(chǎn)品。

圖3 不同設(shè)備成形小型載貨車的貨架鋼梁

⑶低速拉深＋持壓的滑塊運(yùn)動(dòng)模式釋放出高工作能量(圖4)，可進(jìn)行深拉深的作業(yè)，并維持高質(zhì)量的部件產(chǎn)出，如圖4所示，該沖壓件材質(zhì)為SPCC，拉深深度為103mm，厚度大為1.2mm。使用SEYI 200t伺服沖床進(jìn)行單工程深拉深，成形性比在一臺(tái)600t油壓機(jī)上精度更佳，產(chǎn)量更高，成本更低。

圖4 深拉深部件

⑷級(jí)進(jìn)模配上往復(fù)式（鐘擺式）滑塊運(yùn)動(dòng)，可兼具產(chǎn)能倍增和節(jié)約能源的雙重效果。以往復(fù)式行程85mm，成形總負(fù)載30t的沖壓生產(chǎn)為例，實(shí)際測(cè)得能量消耗節(jié)約50%，每分鐘產(chǎn)能是原來(lái)的兩倍。

圖5 協(xié)易的直驅(qū)式伺服沖床單軸、雙軸系列

臺(tái)灣協(xié)易伺服沖壓秉持著綠色與智能的前提，以為客戶提高沖壓機(jī)附加值為最高追求。其單軸SD1和雙軸SD2系列（圖5），由內(nèi)而外，從硬件到軟件，從機(jī)械設(shè)計(jì)到控制技術(shù)，從科技的含量到美學(xué)的展現(xiàn)，都做到行業(yè)領(lǐng)先。為板材成形行業(yè)提供最專業(yè)的沖壓成形能力，幫助制造商重新思考可能的成形方式。

許進(jìn)鴻，成形技術(shù)處協(xié)理。專業(yè)方向：沖床研發(fā)技術(shù)、金屬成形技術(shù)與模具、自動(dòng)化外圍規(guī)劃。