具有中國(guó)特色的高速壓力機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

文／秦劍，鹿新建，柯尊芒，方昕·江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

具有中國(guó)特色的高速壓力機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

文／秦劍，鹿新建，柯尊芒，方昕·江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

經(jīng)過(guò)近十年的快速發(fā)展，我國(guó)高速壓力機(jī)產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，當(dāng)前在政策導(dǎo)向和市場(chǎng)拉動(dòng)的聯(lián)合作用下，產(chǎn)品規(guī)格和檔次開(kāi)始進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級(jí)時(shí)期。與國(guó)際高速壓力機(jī)的超精密、超高速發(fā)展趨勢(shì)有所不同，大型、高速、精密、可靠將成為國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)下一步發(fā)展的主要趨勢(shì)。

高速壓力機(jī)的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)

高速壓力機(jī)的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)為超高速、超精密，近兩年主要側(cè)重于超精密方面的發(fā)展；在研發(fā)方向上的趨勢(shì)，就是多樣化、適應(yīng)特定行業(yè)的高速產(chǎn)品發(fā)展迅猛。

以國(guó)際上在高速壓力機(jī)研發(fā)制造領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位的企業(yè)，如瑞士布魯?shù)聽(tīng)枺˙RUDERER）、德國(guó)舒勒（SCHULER）、美國(guó)明斯特（MINSTER）、意大利貝斯康尼（BALCONI）、日本山田（YAMADADOBBY）、日本電產(chǎn)京利（KYORI）、日本會(huì)田（AIDA）等公司為例，說(shuō)明如下。

BRUDERER的BSTA系列高速?zèng)_床，以其獨(dú)特的杠桿機(jī)構(gòu)、精湛的工藝，達(dá)到了最佳的工作性能，廣泛應(yīng)用于電子、手表、手機(jī)、電機(jī)、汽車(chē)等行業(yè)。近期，根據(jù)市場(chǎng)需求推出了大工作臺(tái)面的BSTA510-125高速壓力機(jī)，沖壓力510kN，每分鐘沖壓次數(shù)可達(dá)到100～1050次，工作臺(tái)面尺寸為1240mm×650mm。

SCHULER以節(jié)能驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新為主題，于2011年重點(diǎn)推出了生產(chǎn)電機(jī)沖片的新一代SA-S系列高速壓力機(jī)。SA-315S-3.3（沖壓力3150kN）和SA-500S-3.3（沖壓力5000kN）兩種規(guī)格的高速壓力機(jī)，每分鐘沖壓次數(shù)可達(dá)到80～400次，工作臺(tái)面尺寸分別為3300mm×1200mm和3300mm×1450mm，如此大的模具區(qū)域幾乎覆蓋了所有復(fù)雜幾何形狀的電機(jī)芯片大型級(jí)進(jìn)模；加之上模的沖裁深度精確度可控制到0.01mm，這就使極薄金屬板材的自扣方式成為可能，該系列產(chǎn)品可基本適用電機(jī)沖片的所有生產(chǎn)企業(yè)。

MINSTER的高速?zèng)_床壟斷了食品包裝行業(yè)（易拉蓋），全球99％以上的易拉蓋沖壓設(shè)備均由其提供。該公司同時(shí)保持電機(jī)沖片行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，于2009年開(kāi)發(fā)出了高速伺服開(kāi)槽機(jī)和系統(tǒng)，產(chǎn)品NTCH-25沖壓力為250kN，滑塊行程為12mm，公稱(chēng)力行程為2mm，每分鐘沖壓次數(shù)可達(dá)到200～1200次。

BALCONI推出了全球沖壓噸位最大的6300kN高速?zèng)_床，每分鐘沖壓次數(shù)為80～320次，工作臺(tái)面尺寸為3200mm×1400mm。

YAMADADOBBY在保持微電機(jī)和微電子產(chǎn)業(yè)方面優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，針對(duì)電動(dòng)工具行業(yè)重點(diǎn)推出了增強(qiáng)滑塊受力剛性的EPS系列產(chǎn)品，EPS-150HS的每分鐘最高沖壓次數(shù)可達(dá)到850次。

KYORI以其優(yōu)良的性?xún)r(jià)比占據(jù)了國(guó)內(nèi)的大部分市場(chǎng)，以引線框架、連接器端子等超精密加工行業(yè)為供給對(duì)象，重在追求卓越的下死點(diǎn)性能、超高速下優(yōu)良的穩(wěn)定性以及高水準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)精度，其可變行程精密自動(dòng)沖床FLEXCAM產(chǎn)品，一臺(tái)沖床可以通用數(shù)套模具，在架料試機(jī)時(shí)也可通過(guò)觸摸屏切換行程，行程切換時(shí)間最快僅需15s。

AIDA以微電機(jī)行業(yè)為供給對(duì)象，針對(duì)馬達(dá)鐵心模具向大臺(tái)面、超精密方向發(fā)展的需要，以MSP-300產(chǎn)品為依托，形成了滑塊四點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)的高剛性、高精密系列產(chǎn)品，目前MSP系列高速壓力機(jī)已發(fā)展到MSP-400。

中國(guó)高速壓力機(jī)的發(fā)展

政策導(dǎo)向

與國(guó)際一流高速壓力機(jī)生產(chǎn)企業(yè)相比，我國(guó)高速壓力機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造能力還存在很大的差距。為提高我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的自主開(kāi)發(fā)能力，自2009年起，國(guó)家工業(yè)和信息化部開(kāi)始下達(dá)有關(guān)科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題經(jīng)費(fèi)資助計(jì)劃，即“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專(zhuān)項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)”），對(duì)獲得項(xiàng)目的企業(yè)，由中央財(cái)政資助資金。

國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)的推出，對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和行業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)具有強(qiáng)烈的政策導(dǎo)向作用。在高速壓力機(jī)的發(fā)展上，2009年國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)“課題14：高速精密數(shù)控沖床”、2012年國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)“課題28：3000kN寬臺(tái)面超精密高速壓力機(jī)”，主導(dǎo)著國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)主要生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品研發(fā)方向。

為適應(yīng)高速壓力機(jī)的發(fā)展需要，在高速壓力機(jī)兩個(gè)國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)推出后，全國(guó)鍛壓機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)數(shù)控高速壓力機(jī)工作組在2011年11月份召開(kāi)的年度工作會(huì)議上就《開(kāi)式高速精密壓力機(jī)精度》、《閉式高速精密壓力機(jī)精度》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和《閉式高速精密壓力機(jī)技術(shù)條件》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等3個(gè)送審文件進(jìn)行了討論并達(dá)成共識(shí)。其中，《開(kāi)式高速精密壓力機(jī)精度》重點(diǎn)對(duì)開(kāi)式高速壓力機(jī)的垂直度和連接部位總間隙的允差值和檢驗(yàn)方法進(jìn)行了界定；《閉式高速精密壓力機(jī)精度》重點(diǎn)從閉式高速壓力機(jī)的垂直度、連接部位總間隙和下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度三方面，對(duì)“精密”和“超精密”等級(jí)的允差值作出了規(guī)定和說(shuō)明。這不僅有利于用戶(hù)區(qū)分高速壓力機(jī)品質(zhì)的差異，促進(jìn)高速壓力機(jī)生產(chǎn)企業(yè)不斷提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也使今后行業(yè)內(nèi)對(duì)精密高速壓力機(jī)和超精密高速壓力機(jī)的區(qū)分更加清楚。

新標(biāo)準(zhǔn)文件的即將出臺(tái)，必將進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)產(chǎn)品品質(zhì)的提升。

國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)需求市場(chǎng)的變化特點(diǎn)

與“超精密、超高速”的高速壓力機(jī)國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)有所不同，國(guó)內(nèi)主流市場(chǎng)對(duì)高速壓力機(jī)的需求則呈現(xiàn)出“高質(zhì)量、高可靠性”的特點(diǎn)。根據(jù)微電機(jī)、家用電器、汽車(chē)工業(yè)3個(gè)具有代表性的產(chǎn)業(yè)的相關(guān)資料分析，高速壓力機(jī)的市場(chǎng)需求主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)特征：

⑴生產(chǎn)企業(yè)降低了對(duì)高速的訴求，但提升了對(duì)品質(zhì)的要求。

圖1部分電機(jī)鐵心產(chǎn)品

國(guó)內(nèi)的高速?zèng)_床主要用于微電機(jī)沖片的生產(chǎn)，由于微電機(jī)上的產(chǎn)品種類(lèi)多、要求各異，又不斷更新?lián)Q代，致使這些電機(jī)產(chǎn)品的品種規(guī)格多達(dá)5000種以上（圖1），所以就形成了微電機(jī)沖片多品種、小批量的生產(chǎn)模式。國(guó)內(nèi)用于生產(chǎn)微電機(jī)沖片的閉式雙點(diǎn)高速?zèng)_床，和模具、送料機(jī)搭配后，沖壓速度通常在150～350次/min，很少超過(guò)400次/min，近期由于產(chǎn)品批量小，許多工業(yè)電機(jī)、風(fēng)扇、變壓器等行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)，為壓低生產(chǎn)成本，開(kāi)始選擇沖壓速度在200次/min以下的更簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的高速?zèng)_床。

生產(chǎn)企業(yè)在對(duì)高速?zèng)_床速度訴求降低的同時(shí)，卻對(duì)設(shè)備的精度和性能提出了更高的要求，這主要受到了汽車(chē)行業(yè)的影響。一般來(lái)說(shuō)，一輛普通汽車(chē)要搭載近50個(gè)電機(jī)，高級(jí)汽車(chē)的話則要搭載100個(gè)以上的電機(jī)，因此，不同性能的多樣化電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，這就促進(jìn)了電機(jī)鐵心疊層加工技術(shù)的急速進(jìn)化，像這樣特殊的加工，必然需要高剛性、高精度、高穩(wěn)定性的沖床。目前，國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)企業(yè)都在要求改善沖床的機(jī)械性能，其精度要求甚至比日本JIS特級(jí)精度標(biāo)準(zhǔn)還要高，而且對(duì)高速?zèng)_床的動(dòng)態(tài)精度以及自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)穩(wěn)定性也提出了更高的要求。

⑵國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升了生產(chǎn)企業(yè)對(duì)沖床精密性的要求。

2011年10月，國(guó)內(nèi)最大的電機(jī)制造企業(yè)之一的臥龍集團(tuán)有限公司完成了對(duì)歐洲三大電機(jī)制造商之一的奧地利ATB集團(tuán)97.94％股權(quán)的收購(gòu)兼并，成為了ATB集團(tuán)的實(shí)際控制人。此舉使得臥龍集團(tuán)一躍成為全球知名的且具有重要影響力的電機(jī)制造跨國(guó)企業(yè)，同時(shí)也表明我國(guó)電機(jī)行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐開(kāi)始加快。國(guó)內(nèi)下游產(chǎn)品品質(zhì)提升的要求，必將提高生產(chǎn)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)母機(jī)——高速壓力機(jī)質(zhì)量的要求。

⑶下游產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，提升了生產(chǎn)企業(yè)對(duì)沖床可靠性的要求。

國(guó)產(chǎn)高速?zèng)_床存在的最主要的共性問(wèn)題是可靠性比較差，據(jù)相關(guān)資料顯示，國(guó)產(chǎn)高速?zèng)_床的可靠性指標(biāo)MTBF值大約在230h左右，與國(guó)外產(chǎn)品（MTBF值在500h以上）有很大差距。高速?zèng)_床的可靠性對(duì)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和成本都有很大的影響，隨著下游產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升，盡管一般進(jìn)口高速?zèng)_床的價(jià)格是國(guó)產(chǎn)設(shè)備的2～3倍，但生產(chǎn)企業(yè)在國(guó)產(chǎn)設(shè)備達(dá)不到要求的情況下，仍然選擇進(jìn)口設(shè)備。因此，提升國(guó)產(chǎn)高速?zèng)_床的可靠性是市場(chǎng)的選擇。

多連桿高速壓力機(jī)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

從國(guó)家政策的導(dǎo)向和國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)的市場(chǎng)需求變化特點(diǎn)來(lái)看，多連桿高速壓力機(jī)以其獨(dú)特的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，有望成為下一步的發(fā)展重點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)已有高速壓力機(jī)的升級(jí)換代。

⑴多連桿高速壓力機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。

與傳統(tǒng)的曲柄滑塊式高速壓力機(jī)相比，多連桿高速壓力機(jī)具有沖壓時(shí)振動(dòng)小、下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度高的優(yōu)勢(shì)。瑞士BRUDERER公司生產(chǎn)的BSTA系列多連桿高速壓力機(jī)，因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性，多年來(lái)一直以精度和性能最優(yōu)著稱(chēng)于世。徐鍛集團(tuán)于2011年也完成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的JL75G-60閉式雙點(diǎn)多連桿高速壓力機(jī)的研制工作，該設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，其滑塊位移曲線類(lèi)似“浴盆曲線”（圖2），滑塊加速度曲線與曲柄滑塊結(jié)構(gòu)相比也較為平緩（圖3）。由此可看出，多連桿高速壓力機(jī)的滑塊在下死點(diǎn)附近有較低的速度和加速度，有利于在下死點(diǎn)附近實(shí)現(xiàn)精密沖裁。

對(duì)于特定形式的多連桿高速壓力機(jī)，可以比較輕松地實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)滑塊行程，并可實(shí)現(xiàn)下死點(diǎn)補(bǔ)償，這是曲柄滑塊式產(chǎn)品無(wú)法比擬的。

多連桿高速壓力機(jī)的研發(fā)難度主要體現(xiàn)在多連桿運(yùn)動(dòng)曲線的設(shè)計(jì)上，在生產(chǎn)制造方面的技術(shù)難點(diǎn)并不是很多。

表1 JL75G-60閉式雙點(diǎn)多連桿高速壓力機(jī)技術(shù)參數(shù)

圖2 滑塊位移曲線

圖3 滑塊加速度曲線

⑵多連桿高速壓力機(jī)的國(guó)情優(yōu)勢(shì)。

多連桿高速壓力機(jī)的核心技術(shù)是運(yùn)動(dòng)曲線設(shè)計(jì)、高速重載滑動(dòng)軸承和精密導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的制造，相比曲柄滑塊式結(jié)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，但更多地依賴(lài)先進(jìn)的制造技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品品質(zhì)。多連桿高速壓力機(jī)品質(zhì)的提升，更多地可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)曲線的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

多連桿高速壓力機(jī)如分為超精密型、通用型和經(jīng)濟(jì)型三種，在市場(chǎng)定位上將會(huì)非常適合中國(guó)國(guó)情。超精密型，主要應(yīng)用在集成電路引線框架等精密產(chǎn)業(yè)；通用型，主要定位在薄板加工領(lǐng)域，如分立器件引線框架、精密接插件等行業(yè)；經(jīng)濟(jì)型，主要定位在電機(jī)沖片行業(yè)。

國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

⑴大型、高速、精密、可靠的主流發(fā)展趨勢(shì)。

從2000年后的國(guó)內(nèi)高速精密壓力機(jī)的需求市場(chǎng)來(lái)看，大型閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)的暢銷(xiāo)噸位經(jīng)歷了從125t到200t，再到300t的變化。沖壓微電機(jī)鐵心從以前的單排、雙排發(fā)展到現(xiàn)在的三排同時(shí)沖壓，生產(chǎn)效率得到了極大地提高。如果下一步發(fā)展到一次沖四排或者五排，或者加大定、轉(zhuǎn)子的尺寸，那么沖床的噸位和工作臺(tái)面尺寸必將增大。生產(chǎn)企業(yè)近年來(lái)隨著產(chǎn)品升級(jí)換代的要求，也提高了對(duì)高速?zèng)_床精度和品質(zhì)的要求，因此，研發(fā)400～600t的寬臺(tái)面大型閉式高速精密沖床，將是主流的發(fā)展趨勢(shì)。高速?zèng)_床的另一個(gè)主流發(fā)展趨勢(shì)就是提高產(chǎn)品的可靠性，以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。

⑵現(xiàn)有高速壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和升級(jí)換代趨勢(shì)。

由于新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的即將出臺(tái)，為達(dá)到超精密高速壓力機(jī)的精度標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)產(chǎn)現(xiàn)有曲柄滑塊式高速壓力機(jī)不可避免地要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)品的升級(jí)換代。國(guó)內(nèi)企業(yè)將更多地通過(guò)與科研單位和高等院校合作，借助他們的理論與資源優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化（降低應(yīng)力、降低質(zhì)量、提高固有頻率等）、振動(dòng)控制（振動(dòng)測(cè)試、慣性力控制、減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)等）、下死點(diǎn)精度提升等相關(guān)方面的研究。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，企業(yè)與科研單位和高等院校間的合作將會(huì)更為深入。

⑶高速壓力機(jī)的伺服發(fā)展趨勢(shì)。

近幾年國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)發(fā)展迅猛，使不少行業(yè)的產(chǎn)品都增加了伺服功能。國(guó)內(nèi)的高速壓力機(jī)在未來(lái)增加伺服功能是必然趨勢(shì)。例如，為提高下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度，增加具有伺服功能的下死點(diǎn)補(bǔ)償裝置；為采用雙驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的高速?zèng)_床提供伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)高速壓力機(jī)的發(fā)展，在國(guó)家政策導(dǎo)向和市場(chǎng)需求拉動(dòng)的聯(lián)合作用下，目前正處于一個(gè)轉(zhuǎn)型期。轉(zhuǎn)型成功后的國(guó)內(nèi)高速壓力機(jī)行業(yè)，依據(jù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，將具備一定的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，屆時(shí)中國(guó)高速壓力機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將掀開(kāi)新的一頁(yè)！