冲压与钣金制作行业技术观察与思考（上）

blackhappy 2020-07-30

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文/李凤华·中国锻压协会行业研究室

本人连续参加了中国锻压协会主办的2018年、2019年全国冲压、钣金制作企业厂长会议和中国国际金属成形展览会。通过参会和参观展览，自己对冲压、钣金制作行业新技术、新装备发展状态有了更深的认识和思考，以下对参会、参观印象做一些简要的分享。

伺服技术在冲压、钣金制作领域逐渐普及应用

伴随汽车整车产品竞争日趋激烈，冲压产品外形越来越复杂，冲压加工工艺多样化、模具结构复杂化，材料轻量化、多样化；同时，随着家电、电子通讯等行业产品的高端化、定制化，各种钣金制作件及精密冲裁拉深件的精细化质量要求也越来越高。先进冲压工艺的应用，离不开装备的技术进步，近年来，伺服冲压、钣金制作设备顺应产品和工艺的需求，在冲压、钣金制作领域已经开始普及应用。

在20世纪90年代中期，伺服压力机应运而生，并得到迅速发展，以其优越的性能取得了越来越广泛的应用。在我国，伺服压力机的发展方兴未艾，在各著名汽车主机厂已取得了越来越广泛的普及与应用。据不完全统计，全国目前共有大型伺服压机生产线50条以上，中小型伺服压机的应用更不计其数。

最初的伺服压力机的选择应用，人们还对伺服压机的优势和节能方面持有怀疑态度，还不能确定伺服压机的性价比是否合理。经过近二十年伺服压机技术的发展和应用，伺服压机的优势不断被发现和证明，并根据产品和工艺的需求不断完善和开发新的技术，而且有了一些实际数据的支撑。伺服压机技术近年来一直是持续的热门话题。

伺服压机功能与优势再梳理

(1)产品成形性提高，质量提高。伺服压机兼具机械式的可靠性和油压式的灵活性。可根据不同的产品和工艺需求，输出不同的运动曲线，其滑块行程和速度都可以调整，满足不同的工艺和质量特性要求。有效解决材料变化带来的质量风险。可以大幅减小回弹量和冲切分离的撕裂带。

(2)提高生产效率，实现经济效益最大化。全行程模式下：相同或更低的成形速度下对滑块运动进行单独编程控制，大大缩短了循环时间，提高效率。摆动行程模式下：允许对滑块行程高度进行自由编程。通过力矩电机的反向转动，滑块的偏心驱动装置以摆动形式运动，这可以显著提高效率节省能源。根据舒勒公司的伺服压机冲压生产的经验，与普通压机相比，一些中小型级进模及多工位模具生产的零件，采用伺服压机生产效率平均提高70%。

(3)节省能源。伺服压机配备能源反馈管理系统，节省能源20%～30%。

(4)降低噪声，提高模具寿命。由于更好的控制接触模具瞬间的速度，能有效减少对模具的冲击和振动，降低噪声，提高模具寿命和压机寿命。改善了以往冲压工厂恶劣的工作环境。

(5)压机结构简单，故障率低，更易于维修保养。

(6)压机整体高度降低，结构紧凑占地面积小，降低了对冲压厂房高度的要求和限制，降低了冲压厂房的投资成本。

(7)模具安装调试。普通压机模具安装和试模时，使用的“寸动运转”需要较高的操作技能，且控制不准确，而伺服压机做模具调整时可以做到每次0.01mm的微动操作，使模具的调整操作变得简单、方便、快捷、准确。

(8)伺服压机可实现与自动化装置的有机结合，控制更灵活，达到效率最大化。通过高动态性能的伺服电机对滑块运动进行编程控制，使其简单快速的适应模具和自动化工艺参数，使滑块和自动化装置等各方达到最优化的配合，在保证质量的情况下提高效率。有的伺服压机配有“优化程序曲线发生器”：能够根据模具和自动化参数自动优化滑块与自动化系统运行参数曲线。目前大型伺服压力机自动线的最高节拍达到18次/分。

(9)伺服压机使冲压生产更容易实现自动化、信息化、智能化。

伺服压机发展新技术及应用

(1)实现后续工艺整合。零部件生产经常涉及诸多的生产工序，需要不同的工艺方法来完成，逐一执行需要增加工装设备、浪费大量时间降低生产效率。伺服压机可根据用户需求实现对行程高度和运动序列进行自由编程，实现最大的灵活性，可利用伺服压机将焊接或激光之类的工艺直接可靠地整合到一个高效的冲压循环中，如焊接螺帽、焊接螺栓、螺纹成形、部件焊接、铆接等。

(2)可实现传统压机不能做到的板材锻造。

(3)一种新型的伺服直驱技术的冲裁压机。高动态性的驱动电机与一到两个肘杆。不存在机械连接，无润滑、无磨损传动系统可大大提高工艺可靠性和零件质量。

(4)舒勒的双伺服技术。主要用于1000吨以上的大台面多工位及独立压机，其特点是双伺服电机驱动，驱动装置下置，拉着滑块运动，实现同步控制。显著提高压机抗偏载能力，压机挠度减少30%，使压机单工序承载能力更高，保护模具、提高零件质量；为多工位布局提供更大的灵活性；主动式滑块平行控制，压机整体高度更低，压机封闭性更好，满足防噪、无油等环保要求。

伺服压机技术主要来源于日本和德国压机生产企业。目前，国内伺服压机技术也得到了快速发展，国内主要压机生产厂都研制开发出了伺服压机。虽然国内伺服压力机已经有了很大发展，但是低速大扭矩伺服电机和控制系统核心技术的研发还处于起步阶段，制约了我国伺服压机的发展。目前国内在用的50余条大型伺服压力机生产线，国外品牌压机占比达到约90%的份额，仅舒勒公司即占全部大型伺服压机保有量的50%左右，而国产品牌压机仅占10%左右。而这些国产伺服压机的核心伺服电机及控制系统全部是进口品牌。低速高扭矩伺服马达和控制系统核心技术掌握在德国和日本少数几家公司，在中国售价高昂，国内厂家的技术开发滞后、还一直没有突破欧美日的技术壁垒，只能依赖进口。随着对伺服压机需求的增加，我国需大力开发研制伺服压机的核心部件：大扭矩伺服电机与控制系统。

激光技术无所不能

激光技术“无所不能”，堪称万能的“光刀”。激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，随着激光技术的不断发展，激光技术已经广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车制造、船舶制造、工程机械、农业机械、电梯制造、厨具家电、电子电气等各个行业。激光技术可以完成以下工艺内容：打标、切割、焊接、熔覆与淬火、表面热处理、3D打印、制孔、清洗等。目前，国产激光技术得到长足发展，打破了高端激光设备国外公司垄断的局面。

切割方面

(1)厚板最大切割厚度不锈钢达50mm以上，碳钢40mm以上。

(2)高速切割机最大定位速度可达200m/min以上。

(3)大功率切割机国内可以做到15kW以上。

(4)超大幅面切割机，大尺寸零件一次下料成形。宽度可达5m，长度可达8～50m。

(5)全自动柔性加工生产线，由多台激光切割机及自动化系统组成，全自动上下料及过程传输，整个加工过程实现信息化、智能化控制，打破国外垄断。

(6)全自动光纤三维切管机，实现各类管件各种断面和孔的三维切割。

(7)开卷激光切割线，代替开卷落料线，节省模具投资，更适合多品种、小批量柔性化生产，打破国外垄断。

(8)机器人三维激光切割机，光纤激光与工业机器人高度融合，柔性化加工，一次完成。主要用于汽车覆盖件的切割，代替等离子切割，代替修边模和冲孔模。提高零件质量，节省模具成本。

(9)热成形件三维五轴激光切割机-高强度钢激光切割成形，打破国外垄断。

(10)三维五轴激光切割、焊接与3D打印一体装备，多种功能，一机实现。

焊接方面

(1)激光-电弧复合焊接系统，兼具激光焊接和电弧焊接的优点，适用于难焊材料与金属厚板的焊接，适用于碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金等材料的焊接加工。

(2)大族激光智能装备集团先后推出15kW、16kW、20kW等超高功率激光焊接装备，可实现20mm不锈钢优质焊接，单面焊接，双面焊接。

(3)激光拼焊生产线。实现不同材质、不同厚度、不同强度的材料拼接。

(4)远程焊接-无填料焊接，实现对一些空间狭小区域的自动化焊接。

(5)实现汽车车身零部件、动力总成与传动系统部件的激光自动焊接，有效保证关键汽车零部件的焊接质量。

熔覆与淬火

激光熔覆。提高耐磨性、硬度、耐蚀性，表面修复；激光淬火。齿轮、轴类及模具表面淬火强化及表面热处理。

3D激光打印

铺粉式3D打印装备，可打印不锈钢、钛合金、钴铬合金等材料，成形精度高，尺寸精度可达20～100μm，可成形结构复杂、壁厚小于0.2mm的薄壁零件，医学、汽车、模具行业应用广泛；送粉式增减材复合制造装备，3D打印和切削加工自动切换，实现增材制造与减材制造的有机结合，复杂曲面3D打印与五轴加工，一次成形，适用于发动机叶片、结构件、模具制造等。