汽車與家電行業(yè)伺服壓力機(jī)應(yīng)用優(yōu)勢

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自伺服壓力機(jī)上市以來距今已20多年，期間的發(fā)展其實與金屬沖壓產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)有關(guān)，在汽車沖壓領(lǐng)域，為了達(dá)到車體結(jié)構(gòu)輕量化但又不犧牲強(qiáng)度的目標(biāo)，導(dǎo)入各類新式輕型及復(fù)合材料，如高張力鋼板、輕合金、碳纖維等，當(dāng)材料的成形挑戰(zhàn)提高，如何確保沖壓件精度以及沖壓線生產(chǎn)力也是重要的議題。另一方面，少量多樣的生產(chǎn)模式，面對不同材料或不同的制程條件，仍必須滿足質(zhì)量、強(qiáng)度、良率、外形等需求，皆讓生產(chǎn)者思考如何在資源利用最大化的條件下，精準(zhǔn)投資對的設(shè)備。面對這樣的外部環(huán)境變遷，沖壓加工技術(shù)的發(fā)展，最初聚焦在模具方面，通過設(shè)計更復(fù)雜高階的模具，來減輕破片或刮傷問題，但仍有其局限性，因此傳統(tǒng)壓力機(jī)就有其升級甚至革命的必要性，伺服壓力機(jī)的出現(xiàn)帶來了全新的可能。同時也給企業(yè)經(jīng)營帶來新的問題，模具技術(shù)人員的斷層，經(jīng)驗無法有效傳承已成了無法忽視的問題。企業(yè)要善于利用伺服壓力機(jī)的沖壓曲線，以科學(xué)的方式調(diào)整與記錄沖壓參數(shù)，建立模具知識庫，保留公司珍貴的無形資產(chǎn)。

伺服壓力機(jī)的功能與優(yōu)勢

伺服壓力機(jī)的最大特征，在于能夠控制滑塊的運(yùn)動及速度，配合不同的加工目的，調(diào)配最適合的沖壓曲線，達(dá)到產(chǎn)能提升與質(zhì)量改善。傳統(tǒng)壓力機(jī)無法彈性控制滑塊速度，只能簡單控制合模高度、每分鐘打擊次數(shù)和緩沖墊壓力等幾個參數(shù)，針對特定沖壓件和特定材料僅能選用專門的機(jī)種。伺服壓力機(jī)的滑塊因為能在下死點快速拉回，加快生產(chǎn)節(jié)拍，亦可設(shè)定加壓時間，如液壓機(jī)一樣保壓，或是在下死點緩進(jìn)快出，提高拉深精度與質(zhì)量，同時減輕皺褶、裂紋和反彈等難題，但生產(chǎn)效率與模具壽命的延長仍可獲得保證，人性化的操作接口可簡單又快速地生成多種不同的沖壓模式。能達(dá)到上述的功能取決于壓力機(jī)是否有強(qiáng)大的伺服馬達(dá)支持，但并非只是將驅(qū)動方式由傳統(tǒng)馬達(dá)改為伺服馬達(dá)或者油壓伺服泵驅(qū)動就能解決。不同于市面上通用的伺服馬達(dá)，協(xié)易與技術(shù)伙伴共同開發(fā)的壓力機(jī)專用伺服馬達(dá)(圖1)，可于低轉(zhuǎn)速下達(dá)到高扭力，兼具高出力動力源的穩(wěn)定控制，與馬達(dá)動作的高速控制功能，滿足了伺服壓力機(jī)所要求的強(qiáng)大沖壓能力，以及正確且高速的滑塊動作，如此才能真正符合沖壓加工的特點。另一個受到青睞的優(yōu)點則是伺服壓力機(jī)是以環(huán)保節(jié)能的理念來設(shè)計的。在機(jī)構(gòu)設(shè)計上，采用伺服馬達(dá)與驅(qū)動軸一體化的直驅(qū)式結(jié)構(gòu)(圖2)，省去飛輪可減少能源消耗。電控系統(tǒng)方面，通過電力平準(zhǔn)化設(shè)計(圖3)，平穩(wěn)沖壓加工與滑塊加減速時的電力負(fù)荷變化，使工廠的電源需求不會急速上升。由于內(nèi)建電能回升系統(tǒng)，電力可回收再利用、能量轉(zhuǎn)換效率最大，與傳統(tǒng)壓力機(jī)相比，可節(jié)省電能30%以上。

伺服壓力機(jī)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

協(xié)易伺服壓力機(jī)的客戶有8成以上來自汽車金屬沖壓業(yè)，以下通過案例來說明伺服壓力機(jī)的多樣曲線如何配合不同工藝為客戶帶來絕佳的效益。⑴連續(xù)模搭配鐘擺曲線大幅提升生產(chǎn)效率。某日本客戶生產(chǎn)汽車?yán)鋮s器用的散熱片，滑塊運(yùn)動以短行程運(yùn)作，每分鐘的生產(chǎn)節(jié)拍可高達(dá)170下，但換模或需要調(diào)整參數(shù)時又可快速轉(zhuǎn)換為全行程，大幅節(jié)省非生產(chǎn)作業(yè)的時間。⑵多段振動曲線讓深抽引工件完美成形。此為在滑塊快速地上下振動的同時，進(jìn)行加壓加工的曲線，亦有滑塊不向上拉回的step曲線。抑制抽引加工時工件產(chǎn)生板厚變化，并防止工件發(fā)生起皺、破裂情形；減少加工時的發(fā)燙與模具耗損；提高下料加工的斷面質(zhì)量。此加工方式非常適用于擴(kuò)孔攻絲的工藝。⑶可編程的連桿曲線優(yōu)化后可提升產(chǎn)能，降低反向負(fù)荷，例如卡車用的連接件，優(yōu)點是在提升產(chǎn)能的同時，提高成形的穩(wěn)定度，降低反向負(fù)荷，模具壽命可被延長。⑷在下死點進(jìn)行多次回壓的壓印曲線，特別適合難成形材料，高張力鋼板的回彈量大，通過此曲線可有效控制回彈情況。⑸保壓曲線可達(dá)成下死點長時間保壓，熱沖壓工藝的另一種選項。熱沖壓是將鋼板經(jīng)過高溫加熱到奧氏體溫度，可容易成形，再以壓力機(jī)進(jìn)行保壓、利用模內(nèi)冷卻快速淬火，以達(dá)到1500MPa以上的超高強(qiáng)度鋼板。但傳統(tǒng)動力使用液壓使生產(chǎn)效率不彰且耗電量過高，伺服壓力機(jī)的持壓曲線能符合此工藝之需求，同時解決既有的問題，如圖4所示。這也是協(xié)易大噸數(shù)伺服機(jī)臺最常見的應(yīng)用之一。從耗電量來看，以協(xié)易廠內(nèi)所計算的實驗數(shù)值為例，1200噸伺服壓力機(jī)在每天24小時、一年300天的工作天數(shù)下，其全年的耗電量僅是液壓壓力機(jī)的三分之一甚至四分之一，可為客戶省下大筆可觀的電費(fèi)。大型汽車金屬板件是沖壓件的大宗，通常是由多臺機(jī)臺組成的縱列線生產(chǎn)，每臺壓力機(jī)進(jìn)行抽引、成形、切邊、沖孔等各種加工法。伺服壓力機(jī)的沖壓曲線可依需求彈性設(shè)定，并與周邊搬運(yùn)設(shè)備同步，進(jìn)行過去傳統(tǒng)壓力機(jī)較難達(dá)到的連續(xù)節(jié)拍模式。而客戶對整線生產(chǎn)節(jié)拍要求15SPM以上時，伺服壓力機(jī)會是沖壓設(shè)備的首選。壓力機(jī)的智能應(yīng)用在此情境下至關(guān)重要，因應(yīng)產(chǎn)線高度自動化，各設(shè)備如何協(xié)同合作，中控系統(tǒng)監(jiān)測機(jī)臺的實時狀態(tài)，并立即處理各類異常，是工業(yè)4.0潮流下的必然發(fā)展。

伺服壓力機(jī)在家電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

家電產(chǎn)品也有許多金屬沖壓零件，最常見的是電視背板的金屬邊框，或是洗衣機(jī)、洗碗機(jī)的外殼和內(nèi)槽等，沖壓件的外形或工序較單純，因此大多是使用傳統(tǒng)壓力機(jī)成形加工。近年來，有越來越多高階家電廠商了解到伺服壓力機(jī)的優(yōu)勢后，也開始思考伺服壓力機(jī)可為他們帶來哪些效益。大型家電通常需要有大臺面的壓力機(jī)來沖壓金屬外殼或金屬沖壓件，所需的噸數(shù)從1000噸到2500噸都有，洗衣機(jī)或洗碗機(jī)的桶槽通常是以抽引加工成形，過去多以油壓壓力機(jī)對應(yīng)，才有辦法確保成形精度與質(zhì)量。不過，隨著家電企業(yè)開始在工廠導(dǎo)入智慧化應(yīng)用、追求高效率生產(chǎn)，沖壓設(shè)備勢必得到提升。前面提到伺服壓力機(jī)因為其滑塊運(yùn)動可控，沖壓曲線可以彈性調(diào)整，這個特點讓沖壓工序的減少成為可能。以洗衣機(jī)的內(nèi)槽為例，會有抽引、折彎、沖孔等多道工程，過去以機(jī)械壓力機(jī)加工需要多部機(jī)臺分道次進(jìn)行，但使用伺服壓力機(jī)就有機(jī)會讓多道工程縮減，甚至僅需一工程就同時完成抽引和沖孔，大幅提升生產(chǎn)效率且也節(jié)省了后加工機(jī)臺的資本支出。除了能保證成形力、生產(chǎn)力大幅提升外，家電企業(yè)也體認(rèn)到伺服壓力機(jī)能源消耗的優(yōu)異表現(xiàn)，對于重視環(huán)保的歐美國家而言，節(jié)能減碳亦是評估設(shè)備時的標(biāo)準(zhǔn)之一。伺服壓力機(jī)可滿足的應(yīng)用相當(dāng)多元，金屬加工從業(yè)者有機(jī)會實現(xiàn)復(fù)雜工件的成形，為人們的生活帶來更多美好的想象。

結(jié)束語

先進(jìn)的制造能力，是一個國家生產(chǎn)競爭力的重要指標(biāo)之一。能夠突破生產(chǎn)模式的優(yōu)勢設(shè)備，具有更高效能、滿足多元需求，還是引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)向上發(fā)展的動力。汽車行業(yè)高度專業(yè)，各大車廠致力于發(fā)展先進(jìn)零部件，提供更輕量、更節(jié)能、更安全的方案，這需要有配套的專業(yè)制造方案來對應(yīng)。家電行業(yè)也正在自動化與智慧化的發(fā)展道路上，能夠在制程上領(lǐng)先的廠家才能提供具有附加價值的產(chǎn)品給消費(fèi)者。協(xié)易伺服壓力機(jī)提供給金屬沖壓行業(yè)就是這樣的優(yōu)勢。從綜合成本來看，選擇伺服壓力機(jī)投資回報可以提升，企業(yè)升級轉(zhuǎn)型也可達(dá)成，能真正為客戶帶來價值。

作者：許進(jìn)鴻 單位：協(xié)易科技精機(jī) ( 中國 ) 有限公司