汽車維修壓力機使用

① 【江蘇】伺服壓力機在汽車行業有哪些壓裝應用

伺服壓力機在汽車行業有哪些壓裝應用？

目前，伺服壓力機除了大規模應用的曲柄連桿、絲杠螺母等傳統機構外，還採用了肘桿、多連桿、差動輪系、蝸輪蝸桿等機構，且對這些基本機構進行串聯式或並聯式組合設計。在國內大規模應用的伺服壓力機從驅動結構來說主要是前兩種結構。本文就目前國內主要應用的曲柄連桿和絲杠螺母傳動結構進行了分析與比較，並對目前我公司已經引進投產的伺服壓力機工藝應用情況進行說明，並對伺服壓力機的優點和目前發展過程中面臨的主要問題進行討論，以供相關設計、生產人員參考與借鑒。

二、伺服壓力機特性

伺服壓力機是利用永磁鐵伺服電動機具有的動力、變速與執行等多種功能，以及轉速具有良好可控性的特點，直接（或通過齒輪傳動）驅動沖壓機構，採用自適應扭矩控制技術和計算機控制技術，利用數字技術（以及反饋控制技術）控制伺服電動機的運轉，可以精確地控制滑塊相對於電動機轉角的位置，以便於獨立控制滑塊的位置和速度，用一種沖壓機構實現為多種沖壓工藝而設定的最適合的滑塊運動模式，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，保證了工件質量，提高了模具壽命，是一種環保節能型壓力機，實現了機械壓力機的數字控制，使機械壓力機真正跨入了數字化時代。

伺服驅動壓力機的主要特點是以壓力機主驅動電動機和滑塊傳動裝置直接連接取代慣性飛輪，與傳統壓力機相比，伺服壓力機的具體特徵如下（見圖3）。

（1）提高生產率行程長度可設定為生產必要的最小值，維持與加工內容相適合的成形速度。

（2）製品精度高通過閉環反饋控制，始終保證下死點精度。抑制產品出毛邊，防止不良品的產生。

（3）雜訊低，模具壽命長通過低雜訊模式（即降低滑塊與板料的接觸速度），與通用機械壓力機相比，大幅減少雜訊。且模具振動小，壽命長。

（4）滑塊運動的可控制性使用者可利用此特點編制出適合於加工工藝的滑塊運動方式，有效提高產品精度和穩定性，提高模具壽命及生產率，且可實現靜音沖裁，甚至可以擴大加工范圍（如鎂合金沖壓加工等），適於沖裁、拉深、壓印及彎曲等工藝，以及不同材料特性曲線。如可將滑塊運行停止保壓，其目的是提高製件的成形質量。

（5）節能環保取消了傳統機械壓力機的飛輪、離合器等耗能元件，減少了驅動件，簡化了機械傳動結構；潤滑油量少，行程可控；由於電力消耗少，因此運行成本也大幅降低。

三、伺服壓力機的柔性應用

伺服壓力機採用大功率伺服電動機驅動，不僅可以提高材料利用率，還能夠提升產品質量，其對模具沖擊量減小，大幅提高模具的壽命，從而節約了工裝的開發成本。2007年，我公司計劃投資一條沖壓線，通過調查最終選擇了網野的絲杠螺母伺服壓力機結構。設備驗收後著手對伺服壓力機的沖壓工藝性展開研究。從沖壓工藝來分析，伺服壓力機的主要優勢有：提高整車的材料利用率，降低整車的采購成本；提高成形品質和表面質量，能很好地控制製件精度；降低對模具的沖擊，讓模具設計最大的自由化，同時減少模具的投資成本；在模具的保養性和對環境的雜訊方面，伺服壓力機也大幅優於機械壓力機。

伺服壓力機的應用

（1）利用伺服壓力機柔性提高零件質量伺服機械壓力機具有復合性、高效性、高精度、高柔性、低噪環保性等特點，使得其在成形工藝中的應用愈發重要。運用伺服壓力機的工藝可優化技術，具有很大工藝柔性。有多種多樣的滑塊運動曲線，通過調整模墊不同位置的壓邊力，提高了零件成形性（見圖5、圖6）與外委相比降低了零件的報廢率，提高了零件的表面質量，降低了返修率，提高了零件的一次下線合格率，每年節約零件返修費20.2848萬元（見圖7）。

（2）利用伺服壓力機柔性提高SPH值普通壓力機中，電動機負荷相對比較穩定，即使是工作周期非工作時段，飛輪也要消耗能量以恢復飛輪轉速，全周期均消耗能量，電動機額定功率基本上等於周期平均能耗。對於交流伺服驅動而言，沒有飛輪，實際消耗的功率是變動的。就電動機的額定功率而言，伺服壓力機將大於普通機械壓力機。但由於兩種驅動方式功率消耗情況大不相同，伺服壓力機實際能耗仍低於普通壓力機。從圖8可以看出，伺服壓力機線能耗明顯低於機械壓力機生產線。

通過運用伺服壓力機工藝可優化技術，對於一些模具和零件尺寸，合理調整零件裝模高度，通過調整零件行程使沖壓二線SPH值由原來180件/h提高到210件/h，按照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5000h降為4285h，可以節省750h勞務及電力成本，每年提高收益104.05萬元（見圖9）。

（3）利用伺服壓力機的柔性取消工序通過對伺服壓力機性能逐步了解，進行了「取消左右前支柱下落料模」改善，取消落料工序，生產時首序直接上深深模，降低了人工費和能耗費用，保證了零件的成形質量。

目前，該伺服沖壓線運行效果良好，零件質量相比傳統壓力機顯著提高，收益明顯提高，與傳統壓力機相比每年增加效益222.767萬元。

四、總結

1.伺服壓力機優勢及展望

伺服壓力機在性能上具有許多優越性，這已經被證實。但這種壓力機究竟有多大的發展前景，業界並沒有一致的看法，世界上真正實現了商品化生產的國家也不多。普通交流電動機+飛輪的傳動方式具有價廉、簡單、可靠等一系列優點，利用其具有良好的剛性、可靠性和高的生產率服務於各工業部門的批量生產，而且後期使用維護成本低，具有很高經濟性，將繼續以這些特點服務於社會，可以預見在未來沒有必要也不可能所有壓力機都採用伺服驅動。但是伺服驅動為壓力機帶來一系列優點，尤其是柔性化和節能減噪等優勢為鍛壓設備展示了誘人前景。

2.對傳統機械壓力機改造

另外一個方案是對傳統機械壓力機進行改造，但其所需電動機靜轉矩值將較原有普通電動機功率大7～8倍，盡管可使滑塊運動狀態完全由電動機控制及電動機本身更適應斷續工作規范，但機械和電氣結構設計困難，設備投資太大難以推向市場，目前ABB推行的DDC技術，在一定程度上可以提高機械壓力機的柔性。

3.運動部件減速的動能回收

伺服壓力機採用電磁製動，運動部件減速的動能轉變為電能。如果這部分電能不能回收，就通過電阻消耗，不但降低了效率，且增加電阻箱和冷卻系統，能量回收採用以下3種方法。

（1）反饋電網這種方法雖然可以節省電能，但是需要增加一套逆變系統，增加了成本。

（2）電容儲存在驅動電路中增加一組大容量電容，存儲電動機制動時產生電能，在沖壓時釋放出來供電動機使用，這種方案不但省電，且大幅減少對電網的沖擊（約80%）。缺點是大容量電容價格不菲，且體積非常大。

（3）多機直流互聯若車間有多台壓力機同時工作，可以考慮在驅動電路中的直流層面聯網，同樣可以達到節能和降底峰值電流沖擊的作用，還可以省去逆變裝置和電容器，這是目前最經濟廉價的方案，目前這種方案已經在我公司引進的伺服沖壓線使用。

4.伺服壓力機的能耗和電動機容量

由於伺服壓力機沒有飛輪儲存能量，在到達壓力機下死點時全部靠主電動機提供能量，一般伺服壓力機主電動機功率至少大於同等噸位機械壓力機2.5倍，為此很多廠家伺服壓力機單獨一台壓力機就要為此單獨配置一台變壓器，因此這也是伺服壓力機大批量使用的障礙之一，減小電動機容量途徑之一就是提高電動機過載能力。

汽車產業競爭已慢慢轉移為產品質量和成本競爭，誰能用較為合理的成本製造出高品質的汽車是以後各汽車主機廠成敗的關鍵因素。新設備新工藝的導入推動了汽車製造業的發展，工藝水平也從側面反映出了一個汽車主機廠的製造水平。伺服壓力機是一種與傳統機械壓力機完全不同概念的第三代壓力機，是信息技術、自控技術與傳統機械技術的結合。伺服壓力機的出現為汽車工業使用更多的新材料提供了可能，給汽車沖壓工藝帶來了革新，在設備實際選型中，為了節約投資，可以在沖壓線首成形工序選擇伺服壓力機。