多工位壓力機在家電領(lǐng)域的應(yīng)用

文/臧崇運，司大強·江蘇興鍛智能裝備科技有限公司

隨著環(huán)保政策的深入及工業(yè)4.0 時代的來臨，工業(yè)加工制造產(chǎn)品的精密化、輕量化、集成化越來越高，對材料利用率、能源消耗、環(huán)境污染和產(chǎn)品性能、成本、生產(chǎn)周期的要求愈發(fā)嚴苛。為此家電行業(yè)、汽車零部件等企業(yè)逐漸對舊設(shè)備、舊的生產(chǎn)工藝進行淘汰,升級、推廣新工藝新技術(shù)，特別是對中小零件逐漸由多機聯(lián)線的手工生產(chǎn)線提升為單機多工位自動生產(chǎn)線。本文就興鍛多工位的研發(fā)及其在家電、汽車零部件領(lǐng)域的應(yīng)用進行介紹。

多工位發(fā)展歷程

第一代單機聯(lián)線多工位生產(chǎn)線

皮帶輪是發(fā)動機中常用的零件，采用3 ～4mm厚的SPHD 材料毛坯，成形難點在于帶輪底部要進行增厚，底部中間圓柱的壁厚是料片厚度的1.5 ～2 倍。皮帶輪的傳統(tǒng)成形工藝是鑄造、焊接、拉深成形。使用傳統(tǒng)成形工藝生產(chǎn)的皮帶輪通常尺寸精度不高，機械性能較差。多道次拉深成形工藝取消了焊接，可以提高產(chǎn)品尺寸精度，同時在多次拉深的過程中，材料變形硬化效果累加，有助于提高強度。多道次拉深成形一般有12 ～14 道生產(chǎn)工序(圖1)，具體工藝流程為⑴落料→⑵一次拉深→⑶二次拉深→⑷三次拉深→⑸沖孔→⑹四次拉深→⑺五次拉深→⑻六次拉深→⑼翻邊→⑽一次鐓厚→⑾二次鐓厚→⑿三次鐓厚→⒀四次鐓厚+整形→⒁外緣翻邊。單機聯(lián)線生產(chǎn)時，第10 到12 工序可以合并成一道冷擠壓鐓厚成形，使用一臺較大噸位的冷擠壓沖床成形。

依據(jù)現(xiàn)有模具，對現(xiàn)有設(shè)備加以升級改造，由手工生產(chǎn)線改造為自動化生產(chǎn)線。本生產(chǎn)線由四臺AIDA 單點開式壓機(NC1-80、NC1-150)、一臺AIDA 冷鍛壓機(L1C-630)、兩臺興鍛單點閉式壓機(ZXM1-2200、ZXM1-1600)、五臺興鍛單點開式壓機(ZXK1-800)等共12 臺設(shè)備組成(料片為線外單獨落料)，這是興鍛發(fā)展歷史上的第一代多工位生產(chǎn)線(圖2)。

圖1 皮帶輪工序分布圖

圖2 單機聯(lián)線多工位生產(chǎn)線

采用多機聯(lián)線加工時，若一臺設(shè)備出現(xiàn)問題，則會導(dǎo)致整線停止，維修保養(yǎng)比較難，影響生產(chǎn)效率，并且所需要的廠房占地面積比較大，人員參與度比較大，模具的開發(fā)費用和制造費用比較高。

第二代單機多工位生產(chǎn)線

為提高生產(chǎn)效率，降低故障率，考慮一機多用，即：由1 臺壓力機取代14 臺壓力機，采用多工位形式，并針對該零件提出了第二代加工工藝，即鍛沖復(fù)合成形工藝。從生產(chǎn)效率上講，多工位壓力機的應(yīng)用縮短了生產(chǎn)流程，減少80%人力，人均生產(chǎn)率提高4 倍。興鍛生產(chǎn)的變頻單機多工位壓力機如圖3 所示。

第三代伺服單機多工位生產(chǎn)線

規(guī)?；纳a(chǎn)需要穩(wěn)定的質(zhì)量來保障效益。隨著勞動成本的提高，自動化、智能化的需求越來越高，加之對資源和環(huán)境因素的要求，市場展示了對伺服多工位壓力機的需求。我公司借鑒學(xué)習(xí)了日本的伺服直驅(qū)壓力機技術(shù)，并實現(xiàn)了規(guī)?；蜆?biāo)準化生產(chǎn)，伺服電機同傳統(tǒng)電機相比，能夠提供更精準的控制，在驅(qū)動技術(shù)、節(jié)能環(huán)保、精確控制等方面有巨大優(yōu)勢，由伺服馬達驅(qū)動的壓力機，壓力直接由伺服馬達的扭力輸出轉(zhuǎn)變而成，其低速大扭矩伺服電機和齒輪直接驅(qū)動，減少了中間環(huán)節(jié)，確保傳動的可靠性和效率，電機的最大峰值扭矩60000Nm、400rpm，驅(qū)動器最大電流3320A、額定功率550kW。通過伺服技術(shù)和多工位技術(shù)的應(yīng)用，我公司伺服多工位壓力機具有自動化、智能化、操作安全、沖壓件綜合成本低、勞動生產(chǎn)率高、制件質(zhì)量高等特點，能夠滿足客戶大批量生產(chǎn)的需要。

特殊超大型伺服壓力機的傳動主要包括：伺服電機、高速軸、中間齒輪、中間齒輪軸、偏心齒輪、低速軸、連桿、滑塊。伺服電機布置在機架的后側(cè)，布置方式為左右式；高速軸與伺服電機連接，高速軸與中間齒輪嚙合，中間齒輪安裝在中間齒輪軸上，中間齒輪軸與偏心齒輪嚙合，偏心齒輪安裝在低速軸上，連桿大端安裝在偏心齒輪上，連桿的小端與滑塊連接。

該伺服壓力機桿為四連桿機構(gòu)，其動力源由伺服電機提供。減速機構(gòu)采用齒輪減速。為保證工件沖壓加工精度以及設(shè)備力學(xué)特性的要求，在滿足兩伺服電機運動的主從關(guān)系和控制之間的反饋以及電氣同步的同時，外加一級齒輪傳動實現(xiàn)機械同步，在保證電機同步的同時需要機械同步，傳動結(jié)構(gòu)如圖4 所示。實物照片及伺服電機布置如圖5、圖6 所示。

興鍛以大噸位伺服壓力機產(chǎn)業(yè)化和國產(chǎn)化為目標(biāo)，完成了大噸位伺服壓力機的多電機同步驅(qū)動技術(shù)，解決了機身的高精密制造工藝及裝配技術(shù)、控制系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件的技術(shù)難題，制造出系列智能多工位伺服壓力機，建立了智能伺服壓力機研發(fā)平臺。伺服多工位多應(yīng)用在需要拉深及沖鍛復(fù)合成形等領(lǐng)域。

圖3 變頻單機多工位壓力機

圖4 雙電機伺服傳動結(jié)構(gòu)圖

多工位配置及比較

單機聯(lián)線多工位生產(chǎn)線與單機多工位生產(chǎn)線相比較，在生產(chǎn)效率、人員數(shù)量、占地面積等方面都有一定劣勢，二者比較見表1。

目前，第三代伺服多工位因成本較高，在國內(nèi)尚處于推廣階段，第二代單機多工位因其生產(chǎn)效率高、綜合成本低等優(yōu)勢在家電市場及汽車零部件市場得到普遍應(yīng)用。

圖5 伺服單機多工位生產(chǎn)線

圖6 伺服雙電機具體布置

興鍛多工位特點及應(yīng)用介紹

興鍛開發(fā)單機多工位壓力機之初，就基于伺服技術(shù)，制定了高標(biāo)準、開放的研發(fā)原則，形成了興鍛的技術(shù)特點：

表1 多工位配置及比較

⑴開發(fā)效率更高、便于精準控制的傳動系統(tǒng)，研發(fā)中大噸位壓力機動力結(jié)構(gòu)及動力傳輸關(guān)鍵技術(shù)，便于伺服控制切換。

⑵開發(fā)高剛度、高精度機身，解決機身的高精密制造工藝及裝配技術(shù)難題，并開發(fā)油溫油量自動檢測及強制潤滑系統(tǒng)、加壓瞬時噸位的即時測定裝置，提高壓力機的整體精度和運行可靠性。

⑶進行金屬成形工藝裝備集成創(chuàng)新，設(shè)備與自動化同步研發(fā)?？梢罁?jù)客戶需求同步開發(fā)工藝、設(shè)備、自動化成套生產(chǎn)線，主機、自動化集成控制，節(jié)約反應(yīng)時間，提高生產(chǎn)效率。

⑷研究裝備柔性、智能化的控制技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)通信、智能生產(chǎn)管理和服務(wù)。

在家電行業(yè)的具體應(yīng)用案例

⑴方太專注于高端嵌入式廚房電器的研發(fā)和制造，其生產(chǎn)設(shè)備要求智能化、自動化，為此興鍛依據(jù)其產(chǎn)品批次多、生產(chǎn)轉(zhuǎn)換頻繁的特色，研發(fā)了柔性高的自動化生產(chǎn)線，便于快速換模，產(chǎn)品易切換，實現(xiàn)了智能控制，與方太的智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)直接對接，提高了整個公司的生產(chǎn)效率。

該生產(chǎn)線由6 臺ZXM2-2500 設(shè)備和機器人組成，設(shè)備配置為閉式雙點壓力機，最大行程為300mm，換模方式為換模臺車，換模時間為8 分鐘，生產(chǎn)節(jié)拍為8 件/分鐘，如圖7 所示。

⑵圖8 所示的佳森生產(chǎn)線是電視機背板專用生產(chǎn)線，零件種類少，生產(chǎn)量大，為此，在研發(fā)之初，綜合考慮客戶工藝需求，同時研發(fā)自動化方案，采用機械臂自動化生產(chǎn)方式，提高了其生產(chǎn)效率。

該生產(chǎn)線由600t(1 臺)+500t(1 臺)+400t(4 臺)設(shè)備和機械臂組成，設(shè)備配置為閉式雙點壓力機，最大行程為380mm，換模方式為換模臺車，換模時間為10 分鐘，生產(chǎn)節(jié)拍為6 件/分鐘。

⑶為了提升生產(chǎn)效率，格力引進了高效的三次元沖壓生產(chǎn)工藝，興鍛依據(jù)該工藝要求，開發(fā)了高剛度、高精度機身，解決了機身的高精密制造工藝及裝配技術(shù)難題，特別是開發(fā)了中大噸位的傳動系統(tǒng)，傳動效率高，精度提升，同時預(yù)留伺服接口，為后續(xù)伺服升級改造提前進行技術(shù)準備，如圖9 所示。該生產(chǎn)線技術(shù)參數(shù)見表2。

圖7 方太生產(chǎn)線

圖8 佳森生產(chǎn)線

圖9 格力生產(chǎn)線

表2 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

結(jié)束語

本文就興鍛開發(fā)的多工位發(fā)展歷程及應(yīng)用狀況進行了介紹，希望給家電及汽車零部件廠家及同行一些發(fā)展啟示，為我國的裝備行業(yè)發(fā)展探尋出路。

中秋節(jié)，又稱月夕、秋節(jié)、仲秋節(jié)、八月節(jié)、八月會、追月節(jié)、玩月節(jié)、拜月節(jié)、女兒節(jié)或團圓節(jié)，是流行于中國眾多民族與漢字文化圈諸國的傳統(tǒng)文化節(jié)日，時在農(nóng)歷八月十五；因其恰值三秋之半，故名，也有些地方將中秋節(jié)定在八月十六。