新型壓力機(jī)助力企業(yè)領(lǐng)跑工業(yè)4.0

文/秦劍,李逸,岳雨蒙·徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

”工業(yè)4.0”的概念，是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，智能制造的基礎(chǔ)是生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。隨著《中國制造2025》實施的深入，在汽車、家電行業(yè)覆蓋件沖壓線使用上，對生產(chǎn)節(jié)拍和零件品質(zhì)的制造標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，同時對連線的壓力機(jī)和機(jī)械手也提出了更高要求。在用戶市場需求的拉動下，一批與先進(jìn)沖壓工藝相配套的新型壓力機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，下文舉例說明。

伺服機(jī)械壓力機(jī)取代多連桿壓力機(jī)——效益就是生命

在汽車、家電行業(yè)中，汽車車門等覆蓋件、洗衣機(jī)箱體等鈑金件的第一道淺拉伸工序以往多采用連桿機(jī)械壓力機(jī)設(shè)備。近兩年江陰和合肥兩地新上的生產(chǎn)線，已開始采用設(shè)備成本較高的國產(chǎn)伺服機(jī)械壓力機(jī)。

江陰富仁機(jī)件公司的洗衣機(jī)箱體沖壓線，拉伸工序采用的是DPS4L-800E閉式四點(diǎn)伺服壓力機(jī)（圖1），其余設(shè)備是3臺L36-250B框架式機(jī)械壓力機(jī)。該生產(chǎn)線節(jié)拍7～8件/分，連線方式為獨(dú)立機(jī)械手轉(zhuǎn)序，伺服壓力機(jī)工作臺面尺寸為4200mm×2200mm、滑塊工作行程400mm。

生產(chǎn)線上出現(xiàn)的這種設(shè)備升級換代主要源于伺服機(jī)械壓力機(jī)的獨(dú)特優(yōu)勢。例如伺服機(jī)械壓力機(jī)的滑塊行程可在零和最大行程之間任意設(shè)置，根據(jù)不同的模具可選擇不同的行程，有效提高了生產(chǎn)效率。

另外，伺服機(jī)械壓力機(jī)的滑塊壓力曲線、位移曲線、速度曲線可編程控制，針對不同零件材料的變形規(guī)律，可設(shè)計出相應(yīng)的壓力、速度曲線進(jìn)行操作，有效降低了零件廢品率。用戶之所以選擇伺服機(jī)械壓力機(jī)，主要是基于單件生產(chǎn)成本效益的考慮。伺服機(jī)械壓力機(jī)雖然購置成本高，但是生產(chǎn)線運(yùn)行后因為每天的產(chǎn)量增加,廢品率降低，折算到單個零件的制造成本反而下降了，經(jīng)濟(jì)效益提升。另外伺服機(jī)械壓力機(jī)的全數(shù)字化控制系統(tǒng)，為智能車間、智能工廠的建設(shè)創(chuàng)造了有利條件。

圖1 洗衣機(jī)箱體DPS4L-800E伺服機(jī)沖壓線

車橋整體成形生產(chǎn)線方興未艾——技術(shù)引領(lǐng)發(fā)展

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車車橋的市場需求量激增。汽車車橋分為驅(qū)動橋和從動橋兩種(圖2)。隨著技術(shù)進(jìn)步，近年來汽車驅(qū)動橋的成形技術(shù)已進(jìn)入了第四代，給產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)成本帶來了重大的影響，同時也擴(kuò)展了液壓機(jī)專機(jī)的產(chǎn)品線。

圖2 汽車驅(qū)動橋和從動橋

第一代橋殼產(chǎn)品——鑄造橋殼

鑄造橋殼（圖3）采用球墨鑄鐵或高強(qiáng)度鑄鐵，整體鑄造出中間琵琶形開口殼體與兩側(cè)變截面空心管體毛坯；機(jī)械加工后將其兩端壓入較長的半軸套管，并用螺栓或銷軸固定。鑄造橋殼的特點(diǎn)有：剛性好、減振性好，但耐沖擊性能和強(qiáng)度較差、橋殼較重、不符合現(xiàn)代輕量化的主流，同時制造過程中產(chǎn)生的污染較嚴(yán)重，屬于逐步淘汰產(chǎn)品。

圖3 鑄造橋殼

第二代橋殼產(chǎn)品——沖壓焊接式橋殼

為了克服鑄造式橋殼的弊端，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)70年代成功開發(fā)出沖壓焊接式橋殼（圖4），并廣泛應(yīng)用于輕、中、重型商用車的制造中。該產(chǎn)品生產(chǎn)方法采用低碳合金鋼厚板作原材料，在普通液壓機(jī)上完成落料、彎曲工序，分別沖壓成上半橋殼體、下半橋殼體；然后用CO2氣體保護(hù)焊將二者組焊成橋殼本體(有時需焊上4個三角板鑲塊)；經(jīng)機(jī)械加工后，焊上加強(qiáng)環(huán)、后堵蓋與半軸套管，從而得到?jīng)_壓焊接式橋殼。

圖4 沖壓焊接式橋殼汽車車橋

該制造方法的特點(diǎn)有：制件質(zhì)量輕，比同型號鑄造式橋殼輕15%～20%，利于整車輕量化，可降低油耗、廢品率，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)有生產(chǎn)設(shè)備多、工裝模具多、投資大、材料利用率較低、焊接工作量大。由于焊接變形，會導(dǎo)致橋殼抗疲勞性能降低。尤其是汽車在顛簸不平的路面行駛時，會因橋殼變形而導(dǎo)致其內(nèi)部的半軸、齒輪等零件損壞，影響車橋傳動性能，降低其使用壽命。

第三代橋殼產(chǎn)品——無縫鋼管冷擠擴(kuò)脹成形橋殼

無縫鋼管冷擠擴(kuò)脹成形技術(shù)，一般采用低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(16MnL)熱軋無縫鋼管作原料。在液壓專機(jī)上，先將管坯兩端縮徑，中間部分利用模具變形為方形管坯后，在管坯中央切割出異型預(yù)制孔，隨后采用機(jī)械擴(kuò)脹的方法進(jìn)行整體橋殼成形。

該制造方法的優(yōu)點(diǎn)有：⑴采用無縫鋼管加工，材料利用率較高；二是兩側(cè)采用冷縮徑成形，橋管兩側(cè)無焊縫，所成形的橋殼剛性好；⑵消除了兩半橋殼的直焊縫，節(jié)省了直縫焊接的工作量。缺點(diǎn)有：⑴冷擴(kuò)脹中央殼體時殘留應(yīng)力大，需采用整體熱處理方法消除應(yīng)力；⑵冷擴(kuò)脹會產(chǎn)生局部開裂，廢品率較高；⑶冷擴(kuò)脹成形后形成更大的三角形開口，要焊上比沖壓焊接橋殼時更大的三角板鑲塊，引起變形或殘留應(yīng)力；四是需要專門的成形工裝模具，設(shè)備投資較大。

第四代、最新一代橋殼產(chǎn)品——整體熱擴(kuò)脹式橋殼

圖5所示為整體熱擴(kuò)脹式橋殼，該方法需采用特定尺寸的管坯，其工藝順序為第一次加熱→管坯預(yù)成形→切割預(yù)制孔→第二次加熱→完成熱擴(kuò)脹預(yù)成形→終成形擴(kuò)脹→整形等。

圖5 整體熱擴(kuò)脹式橋殼

該制造方法的優(yōu)點(diǎn)有：采用整體熱擴(kuò)脹方法，相較于前三代技術(shù)降低了機(jī)械加工量，提高了制品剛度、產(chǎn)品的使用壽命。缺點(diǎn)有：成形擴(kuò)脹與整形擴(kuò)脹需多次成形，生產(chǎn)設(shè)備多、工裝模具多，投資大，適用于大規(guī)模、成批量生產(chǎn)。

對于整體熱擴(kuò)脹式橋殼技術(shù)，現(xiàn)以徐鍛集團(tuán)為國內(nèi)某廠提供的生產(chǎn)線為例進(jìn)行說明。

整體橋殼成形技術(shù)主要包括以下工序：⑴下料。選用圓管形坯料，按照整體驅(qū)動橋殼體所需尺寸下料，切割工藝槽；⑵將坯料兩端擠壓成軸頭；⑶推方。將緊鄰軸頭的坯料推方為方形管狀(圖6)；⑷工件加熱；⑸預(yù)擴(kuò)孔。將加熱后的工件中心孔進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔(圖7)；⑹終擴(kuò)孔。將工件中心孔進(jìn)行擴(kuò)孔至最終尺寸；⑺整形：三角區(qū)部分整形及琵琶孔滾形；⑻校直。將工件整體校直，形成成品。

圖6 縮頸、推方后工件

圖7 預(yù)擴(kuò)孔工序

整體橋殼成形技術(shù)使用了六臺液壓專機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)品，分別包括：⑴XD-CQ-350/700擠壓機(jī)，完成工件縮頸和推方工序；⑵XD-CQ-63/125預(yù)擴(kuò)孔機(jī)，完成琵琶孔預(yù)擴(kuò)孔工序：⑶XD-CQ-160/100終擴(kuò)孔機(jī)，完成琵琶孔終擴(kuò)孔工序；⑷XD-CQ-100滾型機(jī)，完成琵琶孔端面校平工序；⑸XD-CQ-160整形機(jī)，完成三角區(qū)整形工序；⑹XD-CQ-200/200校直機(jī)，完成了工件整體校直工序。

車橋產(chǎn)品成形技術(shù)引領(lǐng)液壓專機(jī)的發(fā)展方向

上述四代汽車驅(qū)動橋殼的生產(chǎn)技術(shù)，除第一代鑄造橋殼外，其余橋殼成形技術(shù)都依賴液壓專機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。究其原因主要是液壓專機(jī)可根據(jù)橋殼成形工藝模具的變化，方便的進(jìn)行設(shè)計制造，且成本較機(jī)械、伺服壓力機(jī)低廉。

目前汽車車橋市場上，企業(yè)競爭已由品牌、質(zhì)量、價格競爭演變?yōu)闆_壓工藝先進(jìn)性的比拼。隨著先進(jìn)沖壓工藝、模具的不斷推陳出新，新型液壓專機(jī)的開發(fā)將會呈現(xiàn)出“百花齊放”局面！

快速移模取料專用液壓機(jī)——效率就是利潤

拿冰箱內(nèi)膽來說（圖8），其材質(zhì)一般是ABS或HIPS。制作工藝通常采用“丙烯腈—丁二烯—苯乙烯”塑料擠出板材，然后進(jìn)行真空熱成形（凸模成形法），接下來切邊沖孔。為提高生產(chǎn)效率、降低成本，冰箱生產(chǎn)廠家現(xiàn)要求將真空熱成形、切邊沖孔兩道工藝組線生產(chǎn)。

圖8 冰箱內(nèi)膽

該生產(chǎn)線的難度為要保證54秒/件的生產(chǎn)節(jié)拍速度，前道真空熱成形工序時間是54秒，決定了后道切邊沖孔工序必須小于54秒。切邊沖孔工序采用快速移模取料專用液壓機(jī)，徐鍛制造的YX34K-200Z快速移模取料專用液壓機(jī)生產(chǎn)線已進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段，其主要參數(shù)為：公稱力2000kN，滑塊行程90mm，開口高度2000mm，滑塊快下和回程速度300mm/s、工作速度1030mm/s，移臺（工作臺）尺寸左右2680mm×前后1580mm，移臺移出距離1700mm，移臺重復(fù)定位精度±0.02mm。設(shè)備工作程序為：首先移臺帶著模具下模，快速從壓力機(jī)機(jī)身內(nèi)移出，上模留在滑塊上；其次，由兩個機(jī)械手先后執(zhí)行下料、上料動作；接下來，移臺帶著模具下模，快速移入機(jī)身、到達(dá)合模位置；最后壓力機(jī)滑塊下行完成一次沖壓，迅速回程。為保證54秒內(nèi)的生產(chǎn)節(jié)拍，該專機(jī)每段程序分配的工作時間設(shè)置如表1所示。

表1 專機(jī)切邊沖孔工步分配時間表

結(jié)束語

以上案例說明，伺服壓力機(jī)取代多連桿沖床、整體成形車橋技術(shù)取代鑄造和焊接車橋技術(shù)、以及快速移模取料專機(jī)取代原有液壓機(jī)，新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，對新型壓力機(jī)的推出起到了巨大拉動作用。生產(chǎn)線連線的要求和智能化車間建設(shè)，又對壓力機(jī)提出了新的功能要求。隨著《中國制造2025》的深入，將會涌現(xiàn)出更多新型壓力機(jī)助力“工業(yè)4.0”前行。