金屬成形是指利用有源動力,在工裝模具的限制范圍內(nèi),使金屬材料發(fā)生變形而得到所需形狀零件的過程。金屬成形零件主要包括鍛件、沖壓件、鈑金制作件等,消耗金屬板材、管材、棒材、線材和型材等所有金屬材料總量的70%。整個金屬成形行業(yè)從業(yè)大軍1000 多萬人,每年創(chuàng)造工業(yè)增加值達2 萬億元,采購成形技術(shù)裝備800 億元,消耗工模具1000 億元。在鍛造、沖壓和鈑金制作三大金屬成形行業(yè)中,生產(chǎn)工藝、技術(shù)設備、工模具和原材料四大要素缺一不可。其中,以金屬成形機床為主的技術(shù)裝備提供了成形能量,在保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,減少操作人員,控制生產(chǎn)成本,環(huán)保節(jié)能,可否持續(xù)發(fā)展等各方面都起到關(guān)鍵作用。
當今這個年代,網(wǎng)絡化、信息化和智能化不僅改變了我們的工作和生活方式,而且也在顛覆制造和金屬成形行業(yè)。目前,金屬成形企業(yè)自動化、信息化和智能化建設已是當務之急,而采用智能化機床,又是使用自動化生產(chǎn),建設信息化工廠,實現(xiàn)智能化制造的先決條件,反之,沒有智能化機床,就很難或者說不可能實現(xiàn)企業(yè)的自動化、信息化和智能化。所以,金屬成形企業(yè)采用智能化機床或進行機床智能化改造,是企業(yè)智能化建設的必修課。在智能化金屬成形機床中,主驅(qū)動的智能化十分重要;而解決金屬成形機床主驅(qū)動智能化的核心就是采用伺服主驅(qū)動。
下面基于金屬成形機床的應用行業(yè),分別就鍛造、沖壓和鈑金制作行業(yè)成形機床的主驅(qū)動方式伺服化問題做一下分析展望,以便各金屬成形機床企業(yè)規(guī)劃自己的發(fā)展方向,幫助各金屬成形零部件制造企業(yè)選擇采購機床,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,提高綜合競爭力。
金屬成形機床發(fā)展到今天,無論是鍛造機床,還是沖壓和鈑金制作機床;無論是機械機床,還是液壓機床,向伺服主驅(qū)動方向發(fā)展已勢在必行。金屬成形機床采用伺服主驅(qū)動的優(yōu)點,已得各行業(yè)生產(chǎn)實踐的充分證明,采用伺服主驅(qū)動的金屬成形機床不僅工藝性好,而且節(jié)能,容易實現(xiàn)自動化集成、信息化聯(lián)網(wǎng)和智能化控制,是未來金屬成形企業(yè)的必選。
鍛造生產(chǎn)的四種成形機床中,鍛錘已經(jīng)從蒸汽驅(qū)動、空氣驅(qū)動發(fā)展到當下最常用的電液驅(qū)動,有的機床企業(yè),未雨綢繆,已經(jīng)研發(fā)出機械伺服驅(qū)動的鍛錘(圖1),完全顛覆了傳統(tǒng)鍛錘采用流體介質(zhì)傳動的理念,是鍛錘驅(qū)動方式的革命性變化。螺旋壓力機從飛輪摩擦驅(qū)動發(fā)展到當前最常用的變頻(或永磁)電機直接驅(qū)動,目前也有企業(yè)已開發(fā)了機械伺服電動直驅(qū)方式(圖2),效率更高、性能更好。機械壓力機,俗稱模鍛壓力機,驅(qū)動電機也從普通異步交流電機升級為伺服電機驅(qū)動方式(圖3),省掉了減速和制動結(jié)構(gòu),使壓力機結(jié)構(gòu)更加簡單,便于維護,甚至是造價更加便宜。只是受伺服驅(qū)動電機功率的制約,目前還很難制造重型鍛造機床。鍛造液壓機由水壓機發(fā)展到當下最常用的油壓機,油壓機也從傳統(tǒng)的伺服閥控方式(需要蓄能器)向伺服泵控方式(不需要蓄能器)(圖4)發(fā)展,大大提高了液壓機的能效和沖次,在液壓機與機械壓力機的性能對比中,提高了綜合競爭力。另外,鍛造制坯機床輥鍛機和楔橫軋機,也采用了機械伺服直驅(qū)方式(圖5 和圖6),結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,能耗降低,性能優(yōu)越。此外,還有菲賽普、新威奇、凌頂?shù)绕髽I(yè)也生產(chǎn)采用伺服驅(qū)動的設備。
沖壓生產(chǎn)的兩大類主要成形機床中,機械壓力機的伺服驅(qū)動(圖7、圖8、圖9 和圖10)將逐步取代傳統(tǒng)的異步電機驅(qū)動,從而完成沖壓成形機床和生產(chǎn)工藝的一次革命。在歐、美、日沖壓行業(yè),機械伺服壓力機已被廣泛使用,據(jù)悉像舒勒、小松這樣的世界頂級沖壓機床公司,對于大型壓力機用戶,已不再推薦使用傳統(tǒng)式機械壓力機;根據(jù)中國鍛壓協(xié)會了解到的信息,世界頂級汽車公司在中國的合資企業(yè),其主機廠沖壓車間,今后也不再采用傳統(tǒng)式機械壓力機。液壓機的液壓伺服直驅(qū)技術(shù)(圖11)也將推動液壓機的技術(shù)變革,降低能耗,提高沖次,進一步提升液壓機的綜合性能,從而拓寬液壓機的應用范圍。精沖壓力機也在由目前普遍采用的伺服閥控液壓(帶有蓄勢器和大油箱)壓力機向伺服泵控液壓(沒有蓄勢器,只用小油箱)驅(qū)動方式,甚至是向機械伺服驅(qū)動方式(目前僅用于200t 以下的小型壓力機)發(fā)展。熱沖壓壓力機與精沖壓力機的發(fā)展思路同出一轍,也正在由閥控液壓壓力機向泵控伺服驅(qū)動方式,甚至是向機械伺服驅(qū)動方式發(fā)展(圖12 和圖13)。此外,還有揚鍛、徐鍛等企業(yè)也生產(chǎn)采用伺服驅(qū)動的設備。