多工位壓力機在家電領域的應用

文/臧崇運，司大強·江蘇興鍛智能裝備科技有限公司

隨著環保政策的深入及工業4.0 時代的來臨，工業加工制造產品的精密化、輕量化、集成化越來越高，對材料利用率、能源消耗、環境污染和產品性能、成本、生產周期的要求愈發嚴苛。為此家電行業、汽車零部件等企業逐漸對舊設備、舊的生產工藝進行淘汰,升級、推廣新工藝新技術，特別是對中小零件逐漸由多機聯線的手工生產線提升為單機多工位自動生產線。本文就興鍛多工位的研發及其在家電、汽車零部件領域的應用進行介紹。

多工位發展歷程

第一代單機聯線多工位生產線

皮帶輪是發動機中常用的零件，采用3 ～4mm厚的SPHD 材料毛坯，成形難點在于帶輪底部要進行增厚，底部中間圓柱的壁厚是料片厚度的1.5 ～2 倍。皮帶輪的傳統成形工藝是鑄造、焊接、拉深成形。使用傳統成形工藝生產的皮帶輪通常尺寸精度不高，機械性能較差。多道次拉深成形工藝取消了焊接，可以提高產品尺寸精度，同時在多次拉深的過程中，材料變形硬化效果累加，有助于提高強度。多道次拉深成形一般有12 ～14 道生產工序(圖1)，具體工藝流程為⑴落料→⑵一次拉深→⑶二次拉深→⑷三次拉深→⑸沖孔→⑹四次拉深→⑺五次拉深→⑻六次拉深→⑼翻邊→⑽一次鐓厚→⑾二次鐓厚→⑿三次鐓厚→⒀四次鐓厚+整形→⒁外緣翻邊。單機聯線生產時，第10 到12 工序可以合并成一道冷擠壓鐓厚成形，使用一臺較大噸位的冷擠壓沖床成形。

依據現有模具，對現有設備加以升級改造，由手工生產線改造為自動化生產線。本生產線由四臺AIDA 單點開式壓機(NC1-80、NC1-150)、一臺AIDA 冷鍛壓機(L1C-630)、兩臺興鍛單點閉式壓機(ZXM1-2200、ZXM1-1600)、五臺興鍛單點開式壓機(ZXK1-800)等共12 臺設備組成(料片為線外單獨落料)，這是興鍛發展歷史上的第一代多工位生產線(圖2)。

圖1 皮帶輪工序分布圖

圖2 單機聯線多工位生產線

采用多機聯線加工時，若一臺設備出現問題，則會導致整線停止，維修保養比較難，影響生產效率，并且所需要的廠房占地面積比較大，人員參與度比較大，模具的開發費用和制造費用比較高。

第二代單機多工位生產線

為提高生產效率，降低故障率，考慮一機多用，即：由1 臺壓力機取代14 臺壓力機，采用多工位形式，并針對該零件提出了第二代加工工藝，即鍛沖復合成形工藝。從生產效率上講，多工位壓力機的應用縮短了生產流程，減少80%人力，人均生產率提高4 倍。興鍛生產的變頻單機多工位壓力機如圖3 所示。

第三代伺服單機多工位生產線

規?；纳a需要穩定的質量來保障效益。隨著勞動成本的提高，自動化、智能化的需求越來越高，加之對資源和環境因素的要求，市場展示了對伺服多工位壓力機的需求。我公司借鑒學習了日本的伺服直驅壓力機技術，并實現了規?；蜆藴驶a，伺服電機同傳統電機相比，能夠提供更精準的控制，在驅動技術、節能環保、精確控制等方面有巨大優勢，由伺服馬達驅動的壓力機，壓力直接由伺服馬達的扭力輸出轉變而成，其低速大扭矩伺服電機和齒輪直接驅動，減少了中間環節，確保傳動的可靠性和效率，電機的最大峰值扭矩60000Nm、400rpm，驅動器最大電流3320A、額定功率550kW。通過伺服技術和多工位技術的應用，我公司伺服多工位壓力機具有自動化、智能化、操作安全、沖壓件綜合成本低、勞動生產率高、制件質量高等特點，能夠滿足客戶大批量生產的需要。

特殊超大型伺服壓力機的傳動主要包括：伺服電機、高速軸、中間齒輪、中間齒輪軸、偏心齒輪、低速軸、連桿、滑塊。伺服電機布置在機架的后側，布置方式為左右式；高速軸與伺服電機連接，高速軸與中間齒輪嚙合，中間齒輪安裝在中間齒輪軸上，中間齒輪軸與偏心齒輪嚙合，偏心齒輪安裝在低速軸上，連桿大端安裝在偏心齒輪上，連桿的小端與滑塊連接。

該伺服壓力機桿為四連桿機構，其動力源由伺服電機提供。減速機構采用齒輪減速。為保證工件沖壓加工精度以及設備力學特性的要求，在滿足兩伺服電機運動的主從關系和控制之間的反饋以及電氣同步的同時，外加一級齒輪傳動實現機械同步，在保證電機同步的同時需要機械同步，傳動結構如圖4 所示。實物照片及伺服電機布置如圖5、圖6 所示。

興鍛以大噸位伺服壓力機產業化和國產化為目標，完成了大噸位伺服壓力機的多電機同步驅動技術，解決了機身的高精密制造工藝及裝配技術、控制系統、關鍵零部件的技術難題，制造出系列智能多工位伺服壓力機，建立了智能伺服壓力機研發平臺。伺服多工位多應用在需要拉深及沖鍛復合成形等領域。

圖3 變頻單機多工位壓力機

圖4 雙電機伺服傳動結構圖

多工位配置及比較

單機聯線多工位生產線與單機多工位生產線相比較，在生產效率、人員數量、占地面積等方面都有一定劣勢，二者比較見表1。

目前，第三代伺服多工位因成本較高，在國內尚處于推廣階段，第二代單機多工位因其生產效率高、綜合成本低等優勢在家電市場及汽車零部件市場得到普遍應用。

圖5 伺服單機多工位生產線

圖6 伺服雙電機具體布置

興鍛多工位特點及應用介紹

興鍛開發單機多工位壓力機之初，就基于伺服技術，制定了高標準、開放的研發原則，形成了興鍛的技術特點：

表1 多工位配置及比較

⑴開發效率更高、便于精準控制的傳動系統，研發中大噸位壓力機動力結構及動力傳輸關鍵技術，便于伺服控制切換。

⑵開發高剛度、高精度機身，解決機身的高精密制造工藝及裝配技術難題，并開發油溫油量自動檢測及強制潤滑系統、加壓瞬時噸位的即時測定裝置，提高壓力機的整體精度和運行可靠性。

⑶進行金屬成形工藝裝備集成創新，設備與自動化同步研發?？梢罁蛻粜枨笸介_發工藝、設備、自動化成套生產線，主機、自動化集成控制，節約反應時間，提高生產效率。

⑷研究裝備柔性、智能化的控制技術、數據管理技術，實現工業以太網通信、智能生產管理和服務。

在家電行業的具體應用案例

⑴方太專注于高端嵌入式廚房電器的研發和制造，其生產設備要求智能化、自動化，為此興鍛依據其產品批次多、生產轉換頻繁的特色，研發了柔性高的自動化生產線，便于快速換模，產品易切換，實現了智能控制，與方太的智能生產管理系統直接對接，提高了整個公司的生產效率。

該生產線由6 臺ZXM2-2500 設備和機器人組成，設備配置為閉式雙點壓力機，最大行程為300mm，換模方式為換模臺車，換模時間為8 分鐘，生產節拍為8 件/分鐘，如圖7 所示。

⑵圖8 所示的佳森生產線是電視機背板專用生產線，零件種類少，生產量大，為此，在研發之初，綜合考慮客戶工藝需求，同時研發自動化方案，采用機械臂自動化生產方式，提高了其生產效率。

該生產線由600t(1 臺)+500t(1 臺)+400t(4 臺)設備和機械臂組成，設備配置為閉式雙點壓力機，最大行程為380mm，換模方式為換模臺車，換模時間為10 分鐘，生產節拍為6 件/分鐘。

⑶為了提升生產效率，格力引進了高效的三次元沖壓生產工藝，興鍛依據該工藝要求，開發了高剛度、高精度機身，解決了機身的高精密制造工藝及裝配技術難題，特別是開發了中大噸位的傳動系統，傳動效率高，精度提升，同時預留伺服接口，為后續伺服升級改造提前進行技術準備，如圖9 所示。該生產線技術參數見表2。

圖7 方太生產線

圖8 佳森生產線

圖9 格力生產線

表2 設備技術參數

結束語

本文就興鍛開發的多工位發展歷程及應用狀況進行了介紹，希望給家電及汽車零部件廠家及同行一些發展啟示，為我國的裝備行業發展探尋出路。

中秋節，又稱月夕、秋節、仲秋節、八月節、八月會、追月節、玩月節、拜月節、女兒節或團圓節，是流行于中國眾多民族與漢字文化圈諸國的傳統文化節日，時在農歷八月十五；因其恰值三秋之半，故名，也有些地方將中秋節定在八月十六。