現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展要求壓力機不僅能夠高速度、高精度、大負荷的運轉(zhuǎn)，而且要求其具有更大的柔性，能根據(jù)不同材料、不同工藝要求設(shè)計滑塊運動曲線。伺服壓力機由于是在摒棄傳統(tǒng)機械壓力機的飛輪和離合器等耗能部件的基礎(chǔ)上，采用交流伺服電機直接作為壓力機的動力源，通過螺旋、曲柄連桿等執(zhí)行機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運動，實現(xiàn)滑塊運動可控，以滿足沖壓加工柔性化、智能化的需求。伺服壓力機能夠提高復雜形狀沖壓件、高強度板及鋁合金板成形加工的技術(shù)水平和制造能力，充分體現(xiàn)了鍛壓力機床未來的發(fā)展趨勢。
傳統(tǒng)壓力機生產(chǎn)現(xiàn)狀
機械壓力機是金屬塑性加工領(lǐng)域中應用最廣泛的沖壓設(shè)備，采用的是直流電機、交流電機或者變頻調(diào)速電機作為動力源，以曲柄、多連桿為執(zhí)行機構(gòu)，通過空載情況下飛輪高速運轉(zhuǎn)儲存能量，負載階段釋放能量來完成沖壓過程。傳統(tǒng)機械壓力機有以下缺點。
生產(chǎn)效率低、安全隱患大
圖1為常見的流水線生產(chǎn)模式，操作人員負責上下料，人員在操作過程中勞動強度大，易疲勞，安全隱患大；同時在生產(chǎn)過程中由于是手工操作，制件在生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運過程中存在一定量的變形，對制件的符合率和裝配性能有非常大的影響。由于是流水線作業(yè)，當其中一道工序出現(xiàn)問題時，整條線全部面臨停線，生產(chǎn)效率得不到保障。
能效消耗大
常規(guī)曲柄壓力機驅(qū)動電機一直旋轉(zhuǎn)，帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，靠飛輪轉(zhuǎn)動的慣性，通過離合器控制滑塊運動，同時大功率電機釋放的能量的利用率只有65%，很多能量在運動過程中浪費掉，增加了生產(chǎn)制造成本。
噪聲大，振動大、模具壽命降低
曲柄連桿機床產(chǎn)生噪聲有以下幾種：第一種是機械壓力機在板材加工成形時所產(chǎn)生的噪聲會高于90dB，最高達93dB；第二種是電機空運轉(zhuǎn)引起的噪聲；第三種是壓力機離合器和制動器工作時沖擊運動變化引起的噪聲。所以操作人員在工作時必須佩帶防噪聲耳塞，避免聽力受損。同時滑塊在運動過程中會產(chǎn)生大幅度的振動，對模具的工作部件有著非常大的影響，模具在振動頻繁的環(huán)境下長時間工作，會嚴重影響其使用壽命。
產(chǎn)品質(zhì)量、性能不能保證
常溫下進行的冷沖壓工藝會有很多的質(zhì)量缺陷，例如開裂、起皺、縮頸、滑移線等，所涉及的影響因素包括：成形工藝、板料性能、模具參數(shù)、工藝參數(shù)、設(shè)備精度及工況條件等。在成形工藝條件相同的情況下，拉延速度的合理性也是產(chǎn)生上述缺陷不可忽略的因素，傳統(tǒng)的壓力機不能夠有效的控制拉延速度，經(jīng)常會出現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)不穩(wěn)定、質(zhì)量不一致的問題。
伺服壓力機在沖壓生產(chǎn)中的優(yōu)勢
提高生產(chǎn)效率
由于伺服壓力機保留了曲柄壓力機的優(yōu)點，尤其是其生產(chǎn)效率遠高于液壓力機，體現(xiàn)了“液壓力機的加工質(zhì)量，機械壓力機的生產(chǎn)效率”。不僅如此，伺服電機驅(qū)動曲柄壓力機還可以根據(jù)工件的不同，調(diào)整滑塊行程，在一個循環(huán)中無須完成360°旋轉(zhuǎn)，而只進行一定角度的擺動來完成沖壓生產(chǎn)，這就進一步縮短了循環(huán)時間，最大限度地減少了無效行程，大大提高了生產(chǎn)效率，由于伺服壓力機的高精度及穩(wěn)定性，大大保證了制件的質(zhì)量，減少了模具維修時間；同時，伺服壓力機的出現(xiàn)還降低了工作人員的操作風險。
節(jié)能環(huán)保
常規(guī)曲柄壓力機驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)來帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，靠飛輪轉(zhuǎn)動的慣性，通過離合器控制滑塊運動。而伺服電機驅(qū)動壓力機（圖2），完全靠電機的扭矩工作，通過混合（絲桿、多連桿等）增力機構(gòu)，實現(xiàn)小電機發(fā)揮出大的力量，沒有離合器，由電機驅(qū)動單元控制電機的起停。由于省去了飛輪，電機只有在沖壓時才旋轉(zhuǎn)，普通曲柄壓力機的電機和飛輪空轉(zhuǎn)耗能得以節(jié)省。由于沒有了離合器，也減少了離合器的能耗。同噸位的傳統(tǒng)壓力機與伺服壓力機相比，伺服壓力機節(jié)能35％以上。
噪聲低、模具使用壽命長
由于采用進口伺服電機和CNC控制系統(tǒng)，可以設(shè)計特殊的工作特性曲線，控制沖裁時沖頭的速度，從而減少沖裁的振動和噪聲，提高模具使用壽命。日本小松公司的研究結(jié)果表明，伺服電機驅(qū)動數(shù)控壓力機的沖裁噪聲較常規(guī)曲柄壓力機降低20dB以上。同時，由于沒有電機和飛輪的空轉(zhuǎn)，不沖裁時，完全沒有噪聲。
伺服壓力機的生產(chǎn)應用
壓力機與坯料的關(guān)系
壓力機工作速度在宏觀上表現(xiàn)為板料的拉延速度，在微觀上表現(xiàn)為板料的應變速率。根據(jù)塑性成形理論，應變速率增大會引起材料硬化，但當變形速度進一步加大時，塑性變形過程中產(chǎn)生的熱量又會使得硬化效應有所下降（圖3）。根據(jù)板料的塑性隨應變速率變化的一般趨勢顯示，當應變速率不是很大時（ab段），由應變速率增大引起的塑性下降大于溫度效應引起的塑性增加，即板料的塑性隨應變速率增大而減小；當應變速率較大時（cd段），由于溫度效應顯著，由溫度效應引起的塑性增加與應變速率引起的塑性下降相當。即此時板料塑性下降并不顯著；而當應變速率增加到一定程度時（de段），板料塑性急劇下降，板料接近開裂邊緣。
從上述分析得出，隨著壓力機工作速度的增加，由于板料變形區(qū)域的變形抗拉力增大而導致塑性下降，使拉延件傳力區(qū)的應力增大，將導致該處開裂的可能性增大；為此針對不同板材允許的最大拉延速度，拉延成形時必須校核拉延過程中的壓力機速度，以保證壓力機的工作速度在板料允許的最大拉延速度內(nèi)。
伺服壓力機實際的應用
在高生產(chǎn)效率的前提下，如何保證制件的成形性、穩(wěn)定性困擾著很多企業(yè)。汽車B柱加強板是車身中非常重要的承力結(jié)構(gòu)件，B柱零件的結(jié)構(gòu)特點：成形深度大、零件截面變化復雜、屈服強度高的原材料、零件高低差大，這樣的零件在模具制造、生產(chǎn)中容易造成開裂、起皺、偏載等問題，因這些問題在工藝和模具設(shè)計上無法完全規(guī)避，在投產(chǎn)后間接對壓力機的使用要求提高了很多。汽車B柱加強板從坯料到成品件，中間共有五道加工工序（圖4），伺服壓力機的出現(xiàn)解決了B柱加強板無法高效率、高精度、高穩(wěn)定性、高質(zhì)量生產(chǎn)的問題；同時在生產(chǎn)過程中伺服壓力機的智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集每道工序的應力變化，一旦出現(xiàn)不合格產(chǎn)品或模具異常故障就會報警（圖5），現(xiàn)場人員會及時處理，避免不良品批量產(chǎn)出和安全事故的發(fā)生。
結(jié)束語
交流伺服電機驅(qū)動壓力機可大大提高設(shè)備的柔性化和智能化水平，改善伺服壓力機的壟斷特性，是新一代成形設(shè)備的發(fā)展方向。鑒于其廣闊的應用前景，國內(nèi)壓力機制造企業(yè)應加快這項新技術(shù)的研究，開發(fā)出我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型伺服壓力機。
