江蘇伺服壓力機在汽車行業有哪些壓力機應用？

伺服壓力機在汽車行業有哪些沖壓應用？目前伺服壓力機除了曲柄連桿、螺母等傳統機構外，還采用了肘桿、多連桿、差動輪系、蝸輪等機構，這些基本機構設計成串聯或並聯。國內廣泛使用的伺服壓力機在驅動結構上主要是前兩種結構。本文對目前國內主要使用的曲柄連桿和螺母的傳動結構進行了分析和比較，並對我公司目前已引進並投產的伺服壓力機的工藝應用進行了說明，對伺服壓力機的優勢和目前開發過程中面臨的主要問題進行了探討，以供相關設計和生產人員參考。1.伺服壓力機1的結構。數控壓力機驅動系統伺服機械壓力機單調的生產方式將不能滿足個性化多品種小批量生產的需要，必須走柔性化生產的道路。首先要改變固定行程，采用飛輪作為剛性驅動方式，改為行程、行程下止點、速度可調的柔性方式，以適應不同類型零件的沖壓，包括行程曲線、速度、工件成形方式，使其接近最佳成形條件。其次，取消了飛輪和離合器，利用大扭矩、大功率伺服電機通過齒輪或直接驅動曲軸旋轉或擺動，滑塊可以組合成多種運動方式，這是伺服壓力機的優勢。2.曲柄連桿結構通過伺服電機驅動偏心旋轉機構，通過連桿將偏心旋轉機構傳遞給滑塊(見圖1)。隨著伺服電機的不斷轉動，滑塊可以高速上下驅動，適合高速生產。這種伺服壓力機結構簡單，易於開發，省去了飛輪、離合器和制動器，減少了齒輪，是早期伺服機械壓力機的常用選擇。是國內很多企業伺服壓力機首選的傳動結構，但該機存在傳動鏈長，傳動精度難以提高的缺點。由於減速比不夠大，沒有增壓結構，這種方案對伺服電機的容量要求很高，大大增加了成本。但是，由於曲柄結構，不需要電機來完成向前和向後的運動。目前國際上主要是疏勒和田慧使用這種結構，國內有集集2號和鐘毅使用。目前，濟南二機床已成功研制出該結構的25000kN大型伺服壓力機。3.絲杠螺母結構利用滾珠絲杠杠桿機構通過肘桿機構由伺服電機的旋轉動力驅動滑塊上下運動。在該伺服壓力機中，預先存儲基於滑塊位置、滾珠絲杠位置或螺母位置之間的關系的相對於滑塊位置的實際位置增益轉換公式，並且當實際控制滑塊時，根據對應於滑塊位置的上述轉換公式來校正位置增益，並且通過使用滑塊位置偏差和校正的位置增益來計算伺服電機速度命令，以控制伺服電機。根據該伺服壓力機，滑塊可以高精度定位，從而可以適用於高精度加工。目前已經在生產中應用的廠商有日本Neto和小松。具有電機功耗低、傳動效率高的特點。圖2所示為日本Netfield公司采用的對稱肘形結構伺服壓力機。壓力機的傳動結構在床身上有對稱的工作載荷，工作平穩，能長時間保持壓力機的精度。伺服電機通過蝸桿帶動蝸輪，再通過重載絲杠的螺旋副將蝸輪的轉動轉變為滑塊的運動，再通過對稱肘形機構增力後帶動滑塊上下運動。由於采用兩個伺服電機驅動，蝸輪蝸桿減速，對稱肘桿增力，具有以下優點:肘桿機構結構簡單，剛性高；肘桿機構本身具有急回特性，能很好地適應成型要求；肘桿機構的滑塊在工作行程中具有較好的低速運動特性；肘桿機構具有良好的增力特性，可以減少對伺服電機的控制，降低電機的功率需求以節約能源。肘桿機構中有許多轉動副，這些轉動副的摩擦對三角肘桿機構影響很大，尤其是在大型伺服壓力機中。該方案存在的問題是:必須解決重載絲杠的設計、效率、壽命、制造和成本；傳動鏈長，增加了制造的復雜度；上滑塊的行程大很多，增加了絲杠的長度，減少了沖壓次數，所以設備單位時間的行程次數不會很大，制約了在自動沖壓線中的大規模推廣。二、伺服壓力機的特點伺服壓力機利用永磁伺服電機的功率、變速和執行功能以及轉速良好的可控性直接(或通過齒輪傳動)驅動沖壓機構，采用自適應轉矩控制技術和計算機控制技術，利用數字技術(和反饋控制技術)控制伺服電機的運行，可以精確控制滑塊相對於電機旋轉角度的位置。為了獨立控制滑塊的位置和速度，使用沖壓機構來實現為各種沖壓過程設置的最合適的滑塊運動模式。通過編制不同的程序，實現工藝所需的各種滑塊運動曲線，獲得不同的工件變形速度，保證了工件的質量，延長了模具的使用壽命。它是壹種環保節能的壓力機，實現了機械壓力機的數字化控制，使機械壓力機真正進入數字化時代。伺服驅動壓力機的主要特點是壓力機的主驅動電機直接與滑塊傳動裝置相連，代替慣性飛輪。與傳統壓力機相比，伺服壓力機的具體特點如下(見圖3)。(1)可以將用於提高生產率的行程長度設置為生產所需的最小長度，並且可以保持適合於加工內容的成形速度。(2)產品精度高。通過閉環反饋控制，始終保證下止點精度。抑制產品毛邊，防止產生不良品。(3)噪音低，模具壽命長。與壹般的機械壓力機相比，低噪音模式(即降低滑塊與板材的接觸速度)大大降低了噪音。模具振動小，使用壽命長。(4)滑塊運動的可控性用戶可以利用這壹特性制定出適合加工工藝的滑塊運動方式，可以有效提高產品精度和穩定性，提高模具壽命和生產率，實現無聲沖裁，甚至擴大加工範圍(如鎂合金沖壓等。)，適用於沖裁、拉伸、沖壓、彎曲等工藝，以及不同材料的特性曲線。如果能停止滑塊保壓，其目的是提高零件的成形質量。(5)節能環保:取消了傳統機械壓力機的飛輪、離合器等耗能部件，減少了傳動部件，簡化了機械傳動結構；潤滑油少，行程可控；因為功耗低，運營成本也大大降低。三、伺服壓力機的靈活應用伺服壓力機采用大功率伺服電機驅動，不僅可以提高材料利用率，還可以提高產品質量，減少對模具的沖擊，大大提高模具的壽命，從而節省工裝的開發成本。2007年，我公司計劃投資壹條沖壓線，通過調研最終選擇了網領域的絲杠螺母伺服壓力機的結構。設備驗收後，對伺服壓力機的沖壓工藝進行了研究。從沖壓工藝分析，伺服壓力機的主要優勢是:提高整車材料利用率，降低整車采購成本；提高成型質量和表面質量，控制好零件精度；減少對模具的沖擊，最大限度的放開模具設計，降低模具的投資成本；在模具維護和環境噪音方面，伺服壓力機也比機械壓力機好很多。伺服壓力機的應用(1)利用伺服壓力機的柔性提高零件質量伺服機械壓力機具有復合化、高效率、高精度、高柔性、低噪音、環保等特點，這使得其在成形工藝中的應用越來越重要。伺服壓力機的工藝優化技術具有很大的工藝靈活性。有多種滑塊運動曲線。通過調整芯片焊盤不同位置的BHF，提高了零件的成形性(見圖5和圖6)。與外購相比，零件報廢率降低，零件表面質量提高，返修率降低，零件首次下線合格率提高，每年節省零件修理費用202848元(見圖7)。(2)利用伺服壓力機的靈活性提高SPH值。在普通印刷機中，電機負載相對穩定。即使在工作循環的非工作期，飛輪也要消耗能量來恢復飛輪轉速，整個循環都在消耗能量。電機的額定功率基本等於循環中的平均能耗。對於交流伺服驅動，沒有飛輪，實際功耗是可變的。就電機額定功率而言，伺服壓力機會比普通機械壓力機大。但由於兩種驅動方式的功耗相差較大，伺服壓力機的實際能耗仍低於普通壓力機。從圖8可以看出，伺服壓線的能耗明顯低於機械壓線。利用伺服壓力機工藝優化技術，針對部分模具和零件尺寸，合理調整零件的模具高度，通過調整零件行程，使第二沖壓線的SPH值由原來的180件/h提高到210件/h。根據產量目標，沖壓伺服線年總產量需達到90萬件，加工時間由原來的5000h減少到4285h，可節省750h人力和動力成本。(3)利用伺服壓力機柔性取消工藝，逐步了解伺服壓力機的性能，進行“取消左右前柱落料模”的改進，取消落料工序，使第壹道工序在生產時直接深沖壓，降低了人工成本和能耗成本，保證了零件的成形質量。目前，伺服沖壓線運行良好，零件質量較傳統壓機顯著提高，收入顯著提高。與傳統印刷機相比，年效益增加222.767萬元。四、總結1的優勢。伺服壓力機的前景在性能上有很多優勢，這壹點已經得到證實。但是，對於這種印刷機的發展前景還沒有壹致的看法，世界上真正實現商業化生產的國家也不多。普通交流電機+飛輪的傳動方式具有廉價、簡單、可靠等壹系列優點。以其良好的剛性、可靠性和較高的生產率，服務於各工業部門的批量生產，後期使用和維護成本低，經濟性強。它將繼續以這些特點為社會服務。可以預見，未來所有的壓力機都沒有必要也不可能采用伺服驅動。然而，伺服驅動給壓力機帶來了壹系列優勢，尤其是柔性、節能和降噪等優勢，為鍛造設備展示了誘人的前景。2.改造傳統機械壓力機的另壹種方案是對傳統機械壓力機進行改造，但所需的電機靜轉矩會比原來的普通電機大7 ~ 8倍。雖然滑塊的運動狀態可以完全由電機控制，電機本身也能更好地適應間歇工作標準，但機電結構設計難度大，設備投資大，難以推向市場。目前ABB推廣的DDC技術可以在壹定程度上提高機械壓力機的柔性。3.運動部件減速的動能回收伺服壓力機采用電磁制動，運動部件減速的動能轉化為電能。如果這部分電能不能回收，不僅會通過電阻消耗降低效率，還會增加電阻箱和冷卻系統。能量回收采用以下三種方法。(1)這種方式雖然可以省電，但是需要增加逆變系統，增加了成本。(2)電容存儲在驅動電路中加入壹組大容量電容，存儲電機制動時產生的電能，在沖壓時釋放出來供電。這種方案不僅節約了電力，還大大降低了對電網的影響(約80%)。缺點是大容量電容很貴，而且非常大。(3)多機DC互聯如果車間內有多臺壓力機同時工作，可以考慮在驅動電路中進行DC級聯網，同樣可以達到節能和降低峰值電流沖擊的效果，還可以省去逆變裝置和電容。這是目前最經濟廉價的方案，該方案已在我公司引進的伺服沖壓線上使用。4.伺服壓力機的能耗和電機容量。因為伺服壓力機沒有飛輪來儲存能量，所以當到達壓力機的下止點時，全靠主電機來提供能量。壹般伺服壓力機的主電機功率至少比同噸位的機械壓力機大2.5倍。因此，許多制造商的單個伺服壓力機需要為此配備變壓器，這是伺服壓力機大規模使用的障礙之壹。降低電機容量的壹種方法是提高電機過載能力。汽車行業的競爭已經逐漸轉向產品質量和成本的競爭。誰能以合理的成本做出高質量的汽車，是未來汽車主機廠成敗的關鍵因素。新設備、新工藝的引進促進了汽車制造業的發展，工藝水平也反映了壹個汽車主機廠的制造水平。伺服壓力機是與傳統機械壓力機概念完全不同的第三代壓力機，是信息技術、自動控制技術和傳統機械技術的結合。伺服壓力機的出現使汽車工業使用更多新材料成為可能，給汽車沖壓工藝帶來革新。在實際的設備選型中，為了節省投資，沖壓線第壹道成型工序可以選用伺服壓力機。