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设备工装:本栏目专门为制桶行业企业朋友提供国内外最具有代表性的制桶设备及工装的相关资料,供学习及选用参考。
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伺服压力机在钢桶行业的应用优势

文/许进鸿

自伺服压力机上市以来距今已20多年,期间的发展其实与金属冲压产业面临的挑战有关,在钢桶冲压领域,为了达到钢桶结构轻量化但又不牺牲强度的目标,导入各类新式轻型材料,如高张力钢板等,当材料的成形挑战提高,如何确保冲压件精度以及冲压线生产力也是重要的议题。另一方面,少量多样的生产模式,面对不同材料或不同的制程条件,仍必须满足质量、强度、良率、外形等需求,皆让生产者思考如何在资源利用最大化的条件下,精准投资对的设备。

面对这样的外部环境变迁,冲压加工技术的发展,最初聚焦在模具方面,通过设计更复杂高阶的模具,来减轻破片或刮伤问题,但仍有其局限性,因此传统压力机就有其升级甚至革命的必要性,伺服压力机的出现带来了全新的可能。同时也给企业经营带来新的问题,模具技术人员的断层,经验无法有效传承已成了无法忽视的问题。企业要善于利用伺服压力机的冲压曲线,以科学的方式调整与记录冲压参数,建立模具知识库,保留公司珍贵的无形资产。

伺服压力机的功能与优势

伺服压力机的最大特征,在于能够控制滑块的运动及速度,配合不同的加工目的,调配最适合的冲压曲线,达到产能提升与质量改善。传统压力机无法弹性控制滑块速度,只能简单控制合模高度、每分钟打击次数和缓冲垫压力等几个参数,针对特定冲压件和特定材料仅能选用专门的机种。伺服压力机的滑块因为能在下死点快速拉回,加快生产节拍,亦可设定加压时间,如液压机一样保压,或是在下死点缓进快出,提高拉深精度与质量,同时减轻皱褶、裂纹和反弹等难题,但生产效率与模具寿命的延长仍可获得保证,人性化的操作接口可简单又快速地生成多种不同的冲压模式。

能达到上述的功能取决于压力机是否有强大的伺服马达支持,但并非只是将驱动方式由传统马达改为伺服马达或者油压伺服泵驱动就能解决。不同于市面上通用的伺服马达,协易与技术伙伴共同开发的压力机专用伺服马达(图1),可于低转速下达到高扭力,兼具高出力动力源的稳定控制,与马达动作的高速控制功能,满足了伺服压力机所要求的强大冲压能力,以及正确且高速的滑块动作,如此才能真正符合冲压加工的特点。


图1协易伺服压力机专用伺服马达

另一个受到青睐的优点则是伺服压力机是以环保节能的理念来设计的。在机构设计上,采用伺服马达与驱动轴一体化的直驱式结构(图2),省去飞轮可减少能源消耗。电控系统方面,通过电力平准化设计(图3),平稳冲压加工与滑块加减速时的电力负荷变化,使工厂的电源需求不会急速上升。由于内建电能回升系统,电力可回收再利用、能量转换效率最大,与传统压力机相比,可节省电能30%以上。


图2协易伺服压力机直驱式结构


图3协易伺服压力机的电力平准化设计

伺服压力机在钢桶行业的应用

伺服压力机的客户有8成以上来自金属冲压业,以下通过案例来说明伺服压力机的多样曲线如何配合不同工艺为客户带来绝佳的效益。

⑴连续模搭配钟摆曲线大幅提升生产效率。某钢桶生产企业冷却器用的散热片,滑块运动以短行程运作,每分钟的生产节拍可高达170下,但换模或需要调整参数时又可快速转换为全行程,大幅节省非生产作业的时间。

⑵多段振动曲线让深抽引工件完美成形。此为在滑块快速地上下振动的同时,进行加压加工的曲线,亦有滑块不向上拉回的step曲线。抑制抽引加工时工件产生板厚变化,并防止工件发生起皱、破裂情形;减少加工时的发烫与模具耗损;提高下料加工的断面质量。此加工方式非常适用于扩孔攻丝的工艺。

⑶可编程的连杆曲线优化后可提升产能,降低反向负荷,例如钢桶闭器用的连接件,优点是在提升产能的同时,提高成形的稳定度,降低反向负荷,模具寿命可被延长。

⑷在下死点进行多次回压的压印曲线,特别适合难成形材料,高张力钢板的回弹量大,通过此曲线可有效控制回弹情况。

⑸保压曲线可达成下死点长时间保压,热冲压工艺的另一种选项。热冲压是将钢板经过高温加热到奥氏体温度,可容易成形,再以压力机进行保压、利用模内冷却快速淬火,以达到1500MPa以上的超高强度钢板。但传统动力使用液压使生产效率不彰且耗电量过高,伺服压力机的持压曲线能符合此工艺之需求,同时解决既有的问题,如图4所示。这也是大吨数伺服机台最常见的应用之一。从耗电量来看,以厂内所计算的实验数值为例,120吨伺服压力机在每天24小时、一年300天的工作天数下,其全年的耗电量仅是液压压力机的三分之一甚至四分之一,可为客户省下大笔可观的电费。


图4钢桶零件生产商导入伺服压力机成形产线

金属板件是冲压件的大宗,通常是由多台机台组成的纵列线生产,每台压力机进行抽引、成形、切边、冲孔等各种加工法。伺服压力机的冲压曲线可依需求弹性设定,并与周边搬运设备同步,进行过去传统压力机较难达到的连续节拍模式。而客户对整线生产节拍要求15SPM以上时,伺服压力机会是冲压设备的首选。压力机的智能应用在此情境下至关重要,因应产线高度自动化,各设备如何协同合作,中控系统监测机台的实时状态,并立即处理各类异常,是工业4.0潮流下的必然发展。

伺服压力机在钢桶封闭器企业的应用

封闭器产品也有许多金属冲压零件,最常见的是法兰、桶塞和开口桶封闭器等,冲压件的外形或工序较单纯,因此大多是使用传统压力机成形加工。近年来,有越来越多封闭器厂商了解到伺服压力机的优势后,也开始思考伺服压力机可为他们带来哪些效益。

封闭器通常需要有多工位的压力机来冲压金属冲压件,所需的吨数从10吨到80吨都有,有的零件是以抽引加工成形,过去多以油压压力机对应,才有办法确保成形精度与质量。不过,随着钢桶企业开始在工厂导入智慧化应用、追求高效率生产,冲压设备势必得到提升。前面提到伺服压力机因为其滑块运动可控,冲压曲线可以弹性调整,这个特点让冲压工序的减少成为可能。以开口桶封闭器杠杆为例,会有抽引、折弯、冲孔等多道工程,过去以机械压力机加工需要多部机台分道次进行,但使用伺服压力机就有机会让多道工程缩减,甚至仅需一工程就同时完成抽引和冲孔,大幅提升生产效率且也节省了后加工机台的资本支出。

除了能保证成形力、生产力大幅提升外,制桶企业也体认到伺服压力机能源消耗的优异表现,对于重视环保的欧美国家而言,节能减碳亦是评估设备时的标准之一。伺服压力机可满足的应用相当多元,金属加工从业者有机会实现复杂工件的成形,为人们的生活带来更多美好的想象。

结束语

先进的制造能力,是一个国家生产竞争力的重要指标之一。能够突破生产模式的优势设备,具有更高效能、满足多元需求,还是引领产业向上发展的动力。钢桶行业高度专业,各企业致力于发展先进零部件,提供更轻量、更节能、更安全的方案,这需要有配套的专业制造方案来对应。封闭器行业也正在自动化与智慧化的发展道路上,能够在制程上领先的厂家才能提供具有附加价值的产品给消费者。伺服压力机提供给金属冲压行业就是这样的优势。从综合成本来看,选择伺服压力机投资回报可以提升,企业升级转型也可达成,能真正为客户带来价值。

 

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