伺服壓力機在汽車與家電行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢

文/許進(jìn)鴻·協(xié)易科技精機(中國)有限公司

自伺服壓力機上市以來距今已20 多年，期間的發(fā)展其實與金屬沖壓產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)有關(guān)，在汽車沖壓領(lǐng)域，為了達(dá)到車體結(jié)構(gòu)輕量化但又不犧牲強度的目標(biāo)，導(dǎo)入各類新式輕型及復(fù)合材料，如高張力鋼板、輕合金、碳纖維等，當(dāng)材料的成形挑戰(zhàn)提高，如何確保沖壓件精度以及沖壓線生產(chǎn)力也是重要的議題。另一方面，少量多樣的生產(chǎn)模式，面對不同材料或不同的制程條件，仍必須滿足質(zhì)量、強度、良率、外形等需求，皆讓生產(chǎn)者思考如何在資源利用最大化的條件下，精準(zhǔn)投資對的設(shè)備。

面對這樣的外部環(huán)境變遷，沖壓加工技術(shù)的發(fā)展，最初聚焦在模具方面，通過設(shè)計更復(fù)雜高階的模具，來減輕破片或刮傷問題，但仍有其局限性，因此傳統(tǒng)壓力機就有其升級甚至革命的必要性，伺服壓力機的出現(xiàn)帶來了全新的可能。同時也給企業(yè)經(jīng)營帶來新的問題，模具技術(shù)人員的斷層，經(jīng)驗無法有效傳承已成了無法忽視的問題。企業(yè)要善于利用伺服壓力機的沖壓曲線，以科學(xué)的方式調(diào)整與記錄沖壓參數(shù)，建立模具知識庫，保留公司珍貴的無形資產(chǎn)。

伺服壓力機的功能與優(yōu)勢

伺服壓力機的最大特征，在于能夠控制滑塊的運動及速度，配合不同的加工目的，調(diào)配最適合的沖壓曲線，達(dá)到產(chǎn)能提升與質(zhì)量改善。傳統(tǒng)壓力機無法彈性控制滑塊速度，只能簡單控制合模高度、每分鐘打擊次數(shù)和緩沖墊壓力等幾個參數(shù)，針對特定沖壓件和特定材料僅能選用專門的機種。伺服壓力機的滑塊因為能在下死點快速拉回，加快生產(chǎn)節(jié)拍，亦可設(shè)定加壓時間，如液壓機一樣保壓，或是在下死點緩進(jìn)快出，提高拉深精度與質(zhì)量，同時減輕皺褶、裂紋和反彈等難題，但生產(chǎn)效率與模具壽命的延長仍可獲得保證，人性化的操作接口可簡單又快速地生成多種不同的沖壓模式。

能達(dá)到上述的功能取決于壓力機是否有強大的伺服馬達(dá)支持，但并非只是將驅(qū)動方式由傳統(tǒng)馬達(dá)改為伺服馬達(dá)或者油壓伺服泵驅(qū)動就能解決。不同于市面上通用的伺服馬達(dá)，協(xié)易與技術(shù)伙伴共同開發(fā)的壓力機專用伺服馬達(dá)(圖1)，可于低轉(zhuǎn)速下達(dá)到高扭力，兼具高出力動力源的穩(wěn)定控制，與馬達(dá)動作的高速控制功能，滿足了伺服壓力機所要求的強大沖壓能力，以及正確且高速的滑塊動作，如此才能真正符合沖壓加工的特點。

另一個受到青睞的優(yōu)點則是伺服壓力機是以環(huán)保節(jié)能的理念來設(shè)計的。在機構(gòu)設(shè)計上，采用伺服馬達(dá)與驅(qū)動軸一體化的直驅(qū)式結(jié)構(gòu)(圖2)，省去飛輪可減少能源消耗。電控系統(tǒng)方面，通過電力平準(zhǔn)化設(shè)計(圖3)，平穩(wěn)沖壓加工與滑塊加減速時的電力負(fù)荷變化，使工廠的電源需求不會急速上升。由于內(nèi)建電能回升系統(tǒng)，電力可回收再利用、能量轉(zhuǎn)換效率最大，與傳統(tǒng)壓力機相比，可節(jié)省電能30%以上。

圖1 協(xié)易伺服壓力機專用伺服馬達(dá)

圖2 協(xié)易伺服壓力機直驅(qū)式結(jié)構(gòu)

伺服壓力機在汽車行業(yè)的應(yīng)用

協(xié)易伺服壓力機的客戶有8 成以上來自汽車金屬沖壓業(yè)，以下通過案例來說明伺服壓力機的多樣曲線如何配合不同工藝為客戶帶來絕佳的效益。

⑴連續(xù)模搭配鐘擺曲線大幅提升生產(chǎn)效率。某日本客戶生產(chǎn)汽車?yán)鋮s器用的散熱片，滑塊運動以短行程運作，每分鐘的生產(chǎn)節(jié)拍可高達(dá)170 下，但換?；蛐枰{(diào)整參數(shù)時又可快速轉(zhuǎn)換為全行程，大幅節(jié)省非生產(chǎn)作業(yè)的時間。

圖3 協(xié)易伺服壓力機的電力平準(zhǔn)化設(shè)計

⑵多段振動曲線讓深抽引工件完美成形。此為在滑塊快速地上下振動的同時，進(jìn)行加壓加工的曲線，亦有滑塊不向上拉回的step 曲線。抑制抽引加工時工件產(chǎn)生板厚變化，并防止工件發(fā)生起皺、破裂情形；減少加工時的發(fā)燙與模具耗損；提高下料加工的斷面質(zhì)量。此加工方式非常適用于擴孔攻絲的工藝。

⑶可編程的連桿曲線優(yōu)化后可提升產(chǎn)能，降低反向負(fù)荷，例如卡車用的連接件，優(yōu)點是在提升產(chǎn)能的同時，提高成形的穩(wěn)定度，降低反向負(fù)荷，模具壽命可被延長。

⑷在下死點進(jìn)行多次回壓的壓印曲線，特別適合難成形材料，高張力鋼板的回彈量大，通過此曲線可有效控制回彈情況。

⑸保壓曲線可達(dá)成下死點長時間保壓，熱沖壓工藝的另一種選項。熱沖壓是將鋼板經(jīng)過高溫加熱到奧氏體溫度，可容易成形，再以壓力機進(jìn)行保壓、利用模內(nèi)冷卻快速淬火，以達(dá)到1500MPa 以上的超高強度鋼板。但傳統(tǒng)動力使用液壓使生產(chǎn)效率不彰且耗電量過高，伺服壓力機的持壓曲線能符合此工藝之需求，同時解決既有的問題，如圖4 所示。這也是協(xié)易大噸數(shù)伺服機臺最常見的應(yīng)用之一。從耗電量來看，以協(xié)易廠內(nèi)所計算的實驗數(shù)值為例，1200 噸伺服壓力機在每天24 小時、一年300 天的工作天數(shù)下，其全年的耗電量僅是液壓壓力機的三分之一甚至四分之一，可為客戶省下大筆可觀的電費。

圖4 汽車零件供貨商導(dǎo)入伺服壓力機熱成形產(chǎn)線

大型汽車金屬板件是沖壓件的大宗，通常是由多臺機臺組成的縱列線生產(chǎn)，每臺壓力機進(jìn)行抽引、成形、切邊、沖孔等各種加工法。伺服壓力機的沖壓曲線可依需求彈性設(shè)定，并與周邊搬運設(shè)備同步，進(jìn)行過去傳統(tǒng)壓力機較難達(dá)到的連續(xù)節(jié)拍模式。而客戶對整線生產(chǎn)節(jié)拍要求15SPM 以上時，伺服壓力機會是沖壓設(shè)備的首選。壓力機的智能應(yīng)用在此情境下至關(guān)重要，因應(yīng)產(chǎn)線高度自動化，各設(shè)備如何協(xié)同合作，中控系統(tǒng)監(jiān)測機臺的實時狀態(tài)，并立即處理各類異常，是工業(yè)4.0 潮流下的必然發(fā)展。

伺服壓力機在家電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

家電產(chǎn)品也有許多金屬沖壓零件，最常見的是電視背板的金屬邊框，或是洗衣機、洗碗機的外殼和內(nèi)槽等，沖壓件的外形或工序較單純，因此大多是使用傳統(tǒng)壓力機成形加工。近年來，有越來越多高階家電廠商了解到伺服壓力機的優(yōu)勢后，也開始思考伺服壓力機可為他們帶來哪些效益。

大型家電通常需要有大臺面的壓力機來沖壓金屬外殼或金屬沖壓件，所需的噸數(shù)從1000 噸到2500 噸都有，洗衣機或洗碗機的桶槽通常是以抽引加工成形，過去多以油壓壓力機對應(yīng)，才有辦法確保成形精度與質(zhì)量。不過，隨著家電企業(yè)開始在工廠導(dǎo)入智慧化應(yīng)用、追求高效率生產(chǎn)，沖壓設(shè)備勢必得到提升。前面提到伺服壓力機因為其滑塊運動可控，沖壓曲線可以彈性調(diào)整，這個特點讓沖壓工序的減少成為可能。以洗衣機的內(nèi)槽為例，會有抽引、折彎、沖孔等多道工程，過去以機械壓力機加工需要多部機臺分道次進(jìn)行，但使用伺服壓力機就有機會讓多道工程縮減，甚至僅需一工程就同時完成抽引和沖孔，大幅提升生產(chǎn)效率且也節(jié)省了后加工機臺的資本支出。

除了能保證成形力、生產(chǎn)力大幅提升外，家電企業(yè)也體認(rèn)到伺服壓力機能源消耗的優(yōu)異表現(xiàn)，對于重視環(huán)保的歐美國家而言，節(jié)能減碳亦是評估設(shè)備時的標(biāo)準(zhǔn)之一。伺服壓力機可滿足的應(yīng)用相當(dāng)多元，金屬加工從業(yè)者有機會實現(xiàn)復(fù)雜工件的成形，為人們的生活帶來更多美好的想象。

結(jié)束語

先進(jìn)的制造能力，是一個國家生產(chǎn)競爭力的重要指標(biāo)之一。能夠突破生產(chǎn)模式的優(yōu)勢設(shè)備，具有更高效能、滿足多元需求，還是引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)向上發(fā)展的動力。汽車行業(yè)高度專業(yè)，各大車廠致力于發(fā)展先進(jìn)零部件，提供更輕量、更節(jié)能、更安全的方案，這需要有配套的專業(yè)制造方案來對應(yīng)。家電行業(yè)也正在自動化與智慧化的發(fā)展道路上，能夠在制程上領(lǐng)先的廠家才能提供具有附加價值的產(chǎn)品給消費者。協(xié)易伺服壓力機提供給金屬沖壓行業(yè)就是這樣的優(yōu)勢。從綜合成本來看，選擇伺服壓力機投資回報可以提升，企業(yè)升級轉(zhuǎn)型也可達(dá)成，能真正為客戶帶來價值。