摘要:介绍伺服压力机发展现状，探讨伺服压力机在拉延和冲裁成形工艺中的应用，阐述了两种典型的伺服压力机传动结构方案。
关键词:交流伺服电机；伺服压力机；拉延；冲裁；传动结构
伺服压力机能够采用交流伺服电机直接作为压力机的动力源，通过螺旋、曲柄连杆、肘杆等执行机构将电机的旋转运动转化为滑块的直线运动，实现滑块运动特性可控，以满足冲压加工柔性化、智能化需求。本文针对伺服压力机发展现状，探讨了伺服压力机在拉延和冲裁成形工艺中的应用，并阐述了两种典型的伺服压力机传动结构方案，以期为伺服压力机研究开发和应用提供有益参考。
1国内外伺服压力机技术发展现状
日本在伺服压力机研发、生产及商品化等方面处于国际领先水平，掌握了伺服压力机的设计和制造技术，日本会田(AIDA)、小松(KOMATSU)和网野(AMINO)等压力机制造企业相继推出了多种传动结构、不同规格的伺服压力机，几乎垄断了所有高端压力机的市场，获取了巨大的经济利益。会田公司于1999年开始研制大容量、大扭矩、低转速交流伺服电机，并将该电机成功的应用于驱动锻压成形装备，推出NS1-D系列伺服压力机产品，该系列产品由伺服电机经一级齿轮减速驱动曲柄连杆机构进行工作，其与普通曲柄压力机的最大区别在于采用交流伺服电机代替普通感应电动机，取消了飞轮和离合器，采用大电容存储电能[1]。目前会田能够设计和制造24000kN伺服压力机。小松公司联合丰田汽车(TOYOTA)和法那科(FANUC)公司共同开发伺服压力机，依托丰田汽车成熟的冲压成形工艺和法那科先进的交流伺服电机及伺服控制技术，先后推出了H1F和H2F等系列伺服压力机产品，其中H1F型伺服压力机的规格为350~2000kN，H2F型伺服压力机的规格为2000~3000kN[2]，目前已经能够生产16000kN等更高规格的伺服压力机产品。我国天津丰田、广州丰田等汽车制造厂先后引进了由小松设计制造的伺服压力机冲压生产线，其生产节拍可达16~17次/min。网野公司自1995年开始研制大型伺服压力机，已经生产出了机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、直动式伺服压力机和液压式精密伺服压力机等多种类型的伺服压力机，并于2005年开发出世界上最大吨位的25000kN大型机械连杆伺服压力机[3]。我国东风(襄樊)汽车厂引进了网野公司制造的手工伺服压力机冲压线，经过一年多的生产实践证明，该类型伺服压力机不仅在压力机主传动系统实现了重大突破，而且具有噪音低、节省能源、提高生产率、降低次品率、提高模具寿命以及生产过程管理柔性化等优点。此外，日本天田(AMADA)、山田(YAMADADOBBY)和德国凯撒(KAISER)、舒勒(SCHULER)等公司也都相继推出了商品化伺服压力机。
我国压力机制造企业自80年代开始，通过技术引进、合作制造和自主创新等模式积极吸收、消化国外机械压力机先进设计及制造技术，目前完全掌握了曲柄、多连杆机械压力机设计和制造技术，使我国锻压行业的技术装备水平普遍提升，竞争能力明显增强。近年来，我国压力机制造企业走上了与日本、德国相似的技术发展道路，相继启动了伺服压力机研究与开发工作，开展了多项国家基础攻关、应用基础研究和技术开发项目。其中广东锻压机床厂率先开展了伺服压力机的研究，先后开发了多种传动结构的伺服压力机，其在2007年与华南理工大学联合设计制造的GDKS系列肘杆伺服压力机，通过连杆、混合肘杆增力机构驱动滑块运动，最大规格为6300kN[4];济南二机床于2007年采用ABB公司的DDC技术开发出了10000kN伺服压力机试验样机，该类型伺服压力机在空载阶段采用交流伺服电机调速来提高滑块运行速度、负载阶段仍然通过飞轮速降来释放能量的模式进行工作，保留了飞轮和离合器等耗能部件;2008年齐二机2CFHI床厂与上海交通大学采用冗余容错技术联合开发成功了2000kN对称肘杆伺服压力机;其他还有诸如台湾金丰企业开发的CM1型伺服压力机，规格为800~2600kN。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆与国外相比，我国伺服压力机就整体技术水平和竞争力而言，依然处于落后状态，在伺服压力机产品规格、产品质量、产品成本及产品设计等方面较世界先进水平仍有较大的差距，尤其在大型机械伺服压力机设计和制造技术方面，在大扭矩交流伺服电机开发、伺服控制、新型传动机构开发及能量管理等关键技术上仍属空白。因此，开发具有完全自主知识产权的大型伺服压力机，对于提升我国航空、航天、能源、石化、电力、冶金、汽车等行业整体技术水平以及我国重大装备的国际竞争力具有重大的战略意义。
2伺服压力机在冲压工艺中的应用
机械压力机是金属塑性加工领域中应用最为广泛的锻压设备，采用直流电机、交流电机或变频调速电机作为动力源，以曲柄、六连杆或八连杆为执行机构，通过空载阶段飞轮储能、负载阶段飞轮释放能量来完成冲压成形过程。由于滑块运动特性单一，压力不易控制，工艺适应性较差，已不能很好的满足现代市场发展的需要。本文主要探讨伺服压力机在拉延和冲裁成形工艺中的应用。
2.1伺服压力机在拉延成形工艺中的应用
破裂是板材拉延工艺中出现的主要成形缺陷，所涉及的影响因素包括:成形工艺、板材性能、模具参数、工艺参数及工况条件等等。而在成形工艺条件相同的情况下，拉延速度的合理性也是产生破裂的不可忽视的因素，当拉延速度超过板料允许变形速度时，板料就会破裂，这也是复杂形状零件或深拉延零件都采用液压机成形而不采用机械压力机的主要原因。
虽然传统机械压力机通过变频调速电机或执行机构可以实现较低的工作速度，但由于不能改变滑块运动特性，难以同时兼顾效率和速度要求。而伺服压力机利用伺服电机无极调速的功能，可实现快速进给、低速拉延和快速返回的运动特性，既降低了拉延速度又提高了生产效率。以八连杆伺服压力机为例，滑块连续行程次数为17spm，以距离下死点300mm处为拉延开始点，伺服压力机工作速度为250mm/s，远远低于传统机械压力机450mm/s的工作速度，可以极大的提高板料的塑性，抑制破裂成形缺陷，成形极限可提高25%[5](见图2)。
2.2伺服压力机在冲裁成形工艺中的应用
冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，涉及板料弹塑性变形和断裂行为。研究表明，冲裁间隙和冲裁速度对冲裁件断面质量有着重要的影响，在模具尺寸既定的情况下，只有通过调整冲裁速度来提高冲裁质量。好的断面质量，其圆角和毛刺均应较小，光亮带宽，剪切面斜度小。根据物理变形过程，冲裁可分为弹性变形、塑性变形和断裂分离等3个阶段。毛刺的高度是由塑性变形阶段凹模刃口附近板料最大应力点产生的位置决定的，此点离刃口越近，则毛刺高度越低，反之，则毛刺高度越高;冲裁件断面上的圆角区是由刃口附近的板料在分离后所保留的残余变形产生的;光亮区是由塑性变形与脱离模具时板料与模具摩擦引起的。不同的冲裁速度，凹模刃口附近板料最大应力点产生的位置也不同，另外冲裁速度对残余应力、应变的大小及分布、摩擦系数也有不同程度的影响。
3 结语
交流伺服电机驱动的压力机可大大提高设备的柔性化和智能化水平，改善压力机的工作特性，是新一代成形设备的发展方向。鉴于其广阔的应用前景，国内压力机制造企业应加快这项新技术的研究，开发出我国具有完全自主知识产权的大型伺服压力机。
参考文献
[1]孙友松，周先辉，黎免等.交流伺服压力机及其关键技术[J].锻压技术，2008，33(4):1-8.
[2]谢军.交流伺服电机驱动机械压力机的发展[J].冶金丛刊，2007，3:46-50.
[3]莫健华，张宜生，吕言等.大型机械多连杆式伺服压力机的性能与生产应用[J].锻压装备与制造技术，2009，5:35-39.
[4]阮卫平，李建平，李振石.伺服压力机的研究及其发展前景[J].2009海峡两岸机械科技论坛论文集，2009:868-874.
论文作者:刘传岛,张靓
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
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