伺服技術逐漸普及應用
伴隨汽車整車產品競爭日趨激烈，沖壓產品外形越來越復雜，沖壓加工工藝多樣化，模具結構復雜化，材料輕量化、多樣化；同時，隨著家電、電子通訊等行業(yè)產品的高端化、定制化，各種鈑金制作件及精密沖裁拉深件的精細化質量要求也越來越高。先進沖壓工藝的應用，離不開裝備的技術進步，近年來，伺服沖壓、鈑金制作設備順應產品和工藝的需求，開始普及應用。20 世紀90 年代中期，伺服壓力機應運而生，以其優(yōu)越的性能得到了迅速發(fā)展。在我國，伺服壓力機的發(fā)展方興未艾，在各大汽車主機廠已廣泛普及和應用。據不完全統(tǒng)計，全國目前共有大型伺服壓力機生產線50 條以上，中小型伺服壓力機的應用更不計其數。最初人們還對伺服壓力機的優(yōu)勢和節(jié)能方面持有懷疑態(tài)度，不能確定伺服壓力機的性價比是否合理。經過近二十年伺服壓力機技術的發(fā)展和應用，伺服壓力機的優(yōu)勢不斷被發(fā)現和證明，并根據產品和工藝的需求不斷完善和開發(fā)新的技術，而且有了一些實際數據的支撐。伺服壓力機技術近年來一直是持續(xù)的熱門話題。
伺服壓力機功能與優(yōu)勢再梳理
伺服壓力機兼具機械式的可靠性和油壓式的靈活性。可根據不同的產品和工藝需求，輸出不同的運動曲線，其滑塊行程和速度都可以調整，滿足不同的工藝和質量特性要求，而且可以有效解決材料變化帶來的質量風險，大幅減小回彈量和沖切分離的撕裂帶。全行程模式下：相同或更低的成形速度下對滑塊運動進行單獨編程控制，大大縮短了循環(huán)時間，提高效率。擺動行程模式下：允許對滑塊行程高度進行自由編程。通過力矩電機的反向轉動，滑塊的偏心驅動裝置以擺動形式運動，這可以顯著提高效率節(jié)省能源。根據舒勒公司伺服壓力機沖壓生產的經驗，與普通壓力機相比，一些中小型級進模及多工位模具生產的零件，采用伺服壓力機生產效率平均提高70%。⑶節(jié)省能源。伺服壓力機配備能源反饋管理系統(tǒng)，可節(jié)省能源20%～30%。⑷降低噪聲，提高模具壽命。由于更好地控制接觸模具瞬間的速度，能有效減少對模具的沖擊和振動，降低噪聲，提高模具和壓力機壽命，改善了以往沖壓工廠惡劣的工作環(huán)境。⑸壓力機結構簡單，故障率低，更易于維修保養(yǎng)，如圖1 所示。⑹壓力機整體高度降低，結構緊湊占地面積小，降低了對沖壓廠房高度的要求和限制，降低了沖壓廠房的投資成本。⑺普通壓力機模具安裝和試模時，使用的“寸動運轉”需要較高的操作技能，且控制不準確，而伺服壓力機做模具調整時可以做到每次0.01mm的微動操作，使模具的調整操作變得簡單、方便、快捷、準確。⑻伺服壓力機可實現與自動化裝置的有機結合，控制更靈活，效率最大化。通過高動態(tài)性能的伺服電機對滑塊運動進行編程控制，使其簡單快速的適應模具和自動化工藝參數，使滑塊和自動化裝置等各方面得到最優(yōu)化的配合，在保證質量的情況下提高效率。有的伺服壓力機配有“優(yōu)化程序曲線發(fā)生器”，能夠根據模具和參數自動優(yōu)化滑塊與自動化系統(tǒng)運行參數曲線。目前大型伺服壓力機自動線的最高節(jié)拍達到18 次/分鐘。⑼伺服壓力機使沖壓生產更容易實現自動化、信息化、智能化。
伺服壓力機新技術及應用
⑴實現后續(xù)工藝整合。零部件生產經常涉及諸多工序，需要不同的工藝來完成，逐一執(zhí)行需要增加工裝設備，浪費大量時間，降低生產效率。伺服壓力機可根據用戶需求實現對行程高度和運動序列自由編程，實現最大的靈活性，也可利用伺服壓力機將焊接或激光之類的工藝直接可靠地整合到一個高效的沖壓循環(huán)中，如焊接螺帽、焊接螺栓、螺紋成形、部件焊接、鉚接等。
⑵可實現傳統(tǒng)壓力機不能做到的板材鍛造。⑶一種新型的伺服直驅技術的沖裁壓力機：高動態(tài)性的驅動電機與一到兩個肘桿。不存在機械連接，無潤滑、無磨損傳動系統(tǒng)可大大提高工藝可靠性和零件質量。⑷舒勒的雙伺服技術(圖2)：主要用于1000 噸以上的大臺面多工位及獨立壓力機，其特點是雙伺服電機驅動，驅動裝置下置，拉著滑塊運動，實現同步控制。顯著提高壓力機抗偏載能力，壓力機撓度減少30%，單工序承載能力更高，保護模具，提高零件質量；為多工位布局提供更大的靈活性；主動式滑塊平行控制，壓力機整體高度更低，封閉性更好，滿足防噪、無油等環(huán)保要求。
國內伺服壓力機已經有了很大發(fā)展，但是，低速大扭矩伺服電機和控制系統(tǒng)核心技術的研發(fā)還處于起步階段，制約我國伺服壓力機的發(fā)展。目前國內在用的50 余條大型伺服壓力機生產線，國外品牌壓力機占90%的份額，僅舒勒公司即占全部大型伺服壓力機保有量的50%，國產品牌壓力機僅占10%，而這些國產伺服壓力機的核心伺服電機及控制系統(tǒng)全部依賴進口。這些核心技術掌握在德國和日本少數幾家公司，售價高昂，國內廠家的技術開發(fā)滯后、一直沒有突破歐美日的技術壁壘，只能依賴進口。隨著對伺服壓力機需求的增加，我國亟需研制出大扭矩伺服電機與控制系統(tǒng)等核心部件。激光技術無所不能
激光技術“無所不能”，堪稱萬能的“光刀”。激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點，激光技術已經廣泛應用于航空航天、軌道交通、汽車制造、船舶制造、工程機械、農業(yè)機械、電梯制造、廚具家電、電子電氣等各個行業(yè)。激光技術可以完成打標、切割、焊接、熔覆與淬火、表面熱處理、3D 打印、制孔、清洗等工藝。目前，國產激光技術得到長足發(fā)展，已經打破了國外高端激光設備公司壟斷的局面。
切割方面
⑴厚板切割厚度最高達不銹鋼50mm 以上，碳鋼40mm 以上。⑵高速切割機最大定位速度可達200m/min以上。⑷超大幅面切割機，大尺寸零件一次下料成形。寬度可達5m，長度可達8 ～50m。⑸全自動柔性加工生產線(圖3)，由多臺激光切割機及自動化系統(tǒng)組成，全自動上下料及過程傳輸，整個加工過程實現信息化、智能化控制，打破國外壟斷。⑹全自動光纖三維切管機，實現各類管件各種斷面和孔的三維切割。⑺開卷激光切割線，代替開卷落料線，節(jié)省模具投資，更適合多品種、小批量柔性化生產，打破國外壟斷。⑻機器人三維激光切割機，光纖激光與工業(yè)機器人高度融合，柔性化加工，一次完成。主要用于汽車覆蓋件的切割，代替等離子切割，代替修邊模和沖孔模，可提高零件質量，節(jié)省模具成本。⑼熱成形件三維五軸激光切割機-高強度鋼激光切割成形，打破國外壟斷。⑽三維五軸激光切割、焊接與3D 打印一體裝備，多種功能，一機實現。
焊接方面
⑴激光-電弧復合焊接系統(tǒng)兼具激光焊接和電弧焊接的優(yōu)點，適用于難焊材料和金屬厚板的焊接，適用于碳鋼、不銹鋼、鈦合金、鋁合金等材料的焊接加工。⑵大族激光智能裝備集團先后推出15kW、16kW、20kW 等超高功率激光焊接裝備，可實現20mm 不銹鋼優(yōu)質焊接、單面焊接和雙面焊接。⑶激光拼焊生產線：實現不同材質、不同厚度、不同強度材料的拼接。⑷遠程焊接-無填料焊接，實現對一些空間狹小區(qū)域的自動化焊接。⑸汽車車身零部件、動力總成與傳動系統(tǒng)部件的激光自動焊接，有效保證汽車關鍵零部件的焊接質量。
熔覆與淬火
⑵激光淬火：齒輪、軸類及模具表面淬火強化及表面熱處理。
3D 激光打印
⑴鋪粉式3D 打印裝備，可打印不銹鋼、鈦合金、鈷鉻合金等材料，成形精度高，尺寸精度可達20 ～100μm，可成形結構復雜、壁厚小于0.2mm的薄壁零件，醫(yī)學、汽車、模具行業(yè)應用廣泛。⑵送粉式增減材復合制造裝備，3D 打印和切削加工自動切換，實現增材制造與減材制造的有機結合，復雜曲面3D 打印與五軸加工，一次成形，適用于發(fā)動機葉片、結構件、模具制造等。
激光清潔
采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、銹斑或涂層發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離，可用于工業(yè)模具清洗，銹跡、油漆去除等。清洗迅速快捷，不損傷基材，可達性好。目前，國產激光設備雖然得到快速發(fā)展，但激光發(fā)生器等核心部件大多需要進口，國內激光設備研發(fā)廠家及相關科研單位需加大對激光器等核心部件的研發(fā)力度。
自動化、信息化、智能化是用戶需求，也是裝備發(fā)展方向
沖壓行業(yè)處于產業(yè)鏈中游，在原材料價格上漲、人工成本上漲、主機廠壓縮成本、提高質量要求的背景下，處于產業(yè)鏈中游的沖壓企業(yè)，特別是中小型沖壓企業(yè)，走專業(yè)化、自動化道路是企業(yè)在競爭激烈的環(huán)境下生存和發(fā)展的方向。自動化是企業(yè)降低人工成本、提高產品質量，進而提高競爭力的重要途徑之一，也是實現信息化、智能化的基礎。無論是零部件生產企業(yè)還是裝備生產企業(yè)都越來越重視自動化、信息化和智能化的發(fā)展和應用。
⑴沖壓件的成形開裂在線監(jiān)測：利用傳感技術、光學照相技術等監(jiān)測溫度、潤滑條件、零件狀態(tài)等，判斷零件是否開裂，保證沖壓自動線高效運行，質量可靠。⑵設備自動化、智控技術：設備的各種傳感檢測等，如噸位檢測指示、裝模高度指示、控制，設備輔助視覺系統(tǒng)等；⑶模具數字化及智能化技術：傳感器及信號處理技術、算法及工業(yè)專用軟件開發(fā)應用，沖壓CAE 精準仿真技術研究，車身覆蓋件沖壓模具型面精益設計（回彈補償、A 面重構、壓力機及模具變形等問題的分析與解決），汽車模具動態(tài)調試數字化設計仿真平臺建立等。⑷智能制造信息化云平臺：設備的接入、管理，遠程數據采集，數據存儲圖形組態(tài)，數據展示，數據分析，用戶管理等。⑸壓力機周邊自動化設備：各種形式的自動化上下料機械手、自動開卷送料機、線邊料庫、模具庫、氣動落料(廢料）輸送系統(tǒng)等，這些周邊輔助工藝的自動化裝置，體現了構思巧妙和匠心制作。
CAE 虛擬分析技術日趨成熟，應用越來越廣泛
板材成形有限元分析，是現代金屬板材成形產品開發(fā)和工藝開發(fā)不可或缺的手段，CAE 軟件功能越來越強大，越來越與實際接近，充分考慮影響因素，接近實際，利用大數據，提高分析穩(wěn)健性。某些板材模擬分析軟件在原有基礎上又增加了新的功能。摩擦系統(tǒng)模塊(Tribo Form)：模具材料、粗糙度、成形速度、潤滑條件等影響成形的因素和條件都考慮到，使分析結果更接近實際，更準確。穩(wěn)健性分析：利用CAE軟件進行6σ穩(wěn)定性分析，利用大數據分析參數在一定變化范圍內的結果，預判風險，提前改進優(yōu)化成形條件，確保后續(xù)生產準備的質量和周期，提前得到穩(wěn)健可靠的結果和方案。考慮各種軟件之間的接口和轉化，使軟件利用起來更方便、快捷。遺憾的是，我們所使用的模擬分析軟件大多是進口軟件，中國面臨缺乏自主CAE 軟件的尷尬局面。國家應鼓勵和扶持有能力的高校、科研機構和企事業(yè)單位研發(fā)有核心自主產權的國產CAE 軟件，否則我們的板材成形技術和產業(yè)仍然會受制于人。
其他技術發(fā)展及觀點
汽車輕量化技術及裝備得到快速發(fā)展
為了滿足節(jié)能環(huán)保要求，無論是針對燃油車不斷提高的國家排放標準，還是電動車的發(fā)展，汽車輕量化是必由之路。目前汽車輕量化的主要途徑仍是材料和結構兩個努力方向。材料輕量化方面，高強度板、管材、鋁板、復合材料的應用仍是主要路徑，未來工藝技術和裝備的發(fā)展仍將主要圍繞這些新材料、新技術展開，典型的如高強板熱成形、內高壓成形、滾壓成形、鋁合金成形等。目前，熱成形和內高壓成形設備已實現國產化，打破了國外壟斷局面。隨著需求的增加，包括復合材料在內的新材料的研發(fā)、新工藝開發(fā)及相關裝備技術將迎來快速發(fā)展階段。
精沖件需求增加
精沖零件由于其斷面質量高、尺寸精度高和互換性好、生產成本低等優(yōu)勢，在汽車、電子等行業(yè)應用越來越廣泛，但是在高精度的精沖零件生產上國內精沖企業(yè)的競爭力還有待提高，精沖工藝、模具、設備都亟待進步和發(fā)展。精沖傳遞模開發(fā)應用，板鍛技術研究應用，形狀更復雜、精度更高的精密沖壓成形技術等將是精沖領域重點研發(fā)方向。
工藝結合更緊密
沖壓、鈑金制作、精密擠壓成形（體積成形）越來越相互聯系、相互滲透，有許多零件采用沖壓和擠壓復合工藝。同時，許多產品和企業(yè)也都是沖壓和鈑金制作工藝緊密結合的。在工藝和裝備技術上：江蘇中興西田研制開發(fā)出了具有自主產權的江蘇省首臺套沖鍛復合加工的多工位壓力機(圖4)，將沖壓與鍛造工藝相結合，在成形下死點完成材料增厚和體積成形。壓力機結構保證剛性，采用伺服控制。
農機沖壓產品升級
我國正處于從傳統(tǒng)農業(yè)向現代農業(yè)轉變的關鍵時期，對國內農機工業(yè)發(fā)展既是機遇也是挑戰(zhàn)。一方面現代農業(yè)對農機需求大幅增加，加之政府的補貼政策，農機行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇；另一方面，現代農業(yè)需要的大型、高效、復雜的農業(yè)裝備及核心零部件依然依賴進口，國際資本大舉進入我國農機領域。同時，人們對傳統(tǒng)農機的要求也由過去注重實用性轉向既注重實用性又注重視覺效果和操作的舒適性，對農機駕駛室覆蓋件的造型和質量提出了更高的要求。農機企業(yè)需要產品和工藝并舉，沖壓和鈑金制作工藝相結合來滿足新時代對農機鈑金制作、沖壓件的需求。
零部件廠和設備廠聯合開發(fā)裝備已成一種趨勢
