伺服壓力機在汽車與家電行業的應用優勢

文/許進鴻·協易科技精機(中國)有限公司

自伺服壓力機上市以來距今已20 多年，期間的發展其實與金屬沖壓產業面臨的挑戰有關，在汽車沖壓領域，為了達到車體結構輕量化但又不犧牲強度的目標，導入各類新式輕型及復合材料，如高張力鋼板、輕合金、碳纖維等，當材料的成形挑戰提高，如何確保沖壓件精度以及沖壓線生產力也是重要的議題。另一方面，少量多樣的生產模式，面對不同材料或不同的制程條件，仍必須滿足質量、強度、良率、外形等需求，皆讓生產者思考如何在資源利用最大化的條件下，精準投資對的設備。

面對這樣的外部環境變遷，沖壓加工技術的發展，最初聚焦在模具方面，通過設計更復雜高階的模具，來減輕破片或刮傷問題，但仍有其局限性，因此傳統壓力機就有其升級甚至革命的必要性，伺服壓力機的出現帶來了全新的可能。同時也給企業經營帶來新的問題，模具技術人員的斷層，經驗無法有效傳承已成了無法忽視的問題。企業要善于利用伺服壓力機的沖壓曲線，以科學的方式調整與記錄沖壓參數，建立模具知識庫，保留公司珍貴的無形資產。

伺服壓力機的功能與優勢

伺服壓力機的最大特征，在于能夠控制滑塊的運動及速度，配合不同的加工目的，調配最適合的沖壓曲線，達到產能提升與質量改善。傳統壓力機無法彈性控制滑塊速度，只能簡單控制合模高度、每分鐘打擊次數和緩沖墊壓力等幾個參數，針對特定沖壓件和特定材料僅能選用專門的機種。伺服壓力機的滑塊因為能在下死點快速拉回，加快生產節拍，亦可設定加壓時間，如液壓機一樣保壓，或是在下死點緩進快出，提高拉深精度與質量，同時減輕皺褶、裂紋和反彈等難題，但生產效率與模具壽命的延長仍可獲得保證，人性化的操作接口可簡單又快速地生成多種不同的沖壓模式。

能達到上述的功能取決于壓力機是否有強大的伺服馬達支持，但并非只是將驅動方式由傳統馬達改為伺服馬達或者油壓伺服泵驅動就能解決。不同于市面上通用的伺服馬達，協易與技術伙伴共同開發的壓力機專用伺服馬達(圖1)，可于低轉速下達到高扭力，兼具高出力動力源的穩定控制，與馬達動作的高速控制功能，滿足了伺服壓力機所要求的強大沖壓能力，以及正確且高速的滑塊動作，如此才能真正符合沖壓加工的特點。

另一個受到青睞的優點則是伺服壓力機是以環保節能的理念來設計的。在機構設計上，采用伺服馬達與驅動軸一體化的直驅式結構(圖2)，省去飛輪可減少能源消耗。電控系統方面，通過電力平準化設計(圖3)，平穩沖壓加工與滑塊加減速時的電力負荷變化，使工廠的電源需求不會急速上升。由于內建電能回升系統，電力可回收再利用、能量轉換效率最大，與傳統壓力機相比，可節省電能30%以上。

圖1 協易伺服壓力機專用伺服馬達

圖2 協易伺服壓力機直驅式結構

伺服壓力機在汽車行業的應用

協易伺服壓力機的客戶有8 成以上來自汽車金屬沖壓業，以下通過案例來說明伺服壓力機的多樣曲線如何配合不同工藝為客戶帶來絕佳的效益。

⑴連續模搭配鐘擺曲線大幅提升生產效率。某日本客戶生產汽車冷卻器用的散熱片，滑塊運動以短行程運作，每分鐘的生產節拍可高達170 下，但換?；蛐枰{整參數時又可快速轉換為全行程，大幅節省非生產作業的時間。

圖3 協易伺服壓力機的電力平準化設計

⑵多段振動曲線讓深抽引工件完美成形。此為在滑塊快速地上下振動的同時，進行加壓加工的曲線，亦有滑塊不向上拉回的step 曲線。抑制抽引加工時工件產生板厚變化，并防止工件發生起皺、破裂情形；減少加工時的發燙與模具耗損；提高下料加工的斷面質量。此加工方式非常適用于擴孔攻絲的工藝。

⑶可編程的連桿曲線優化后可提升產能，降低反向負荷，例如卡車用的連接件，優點是在提升產能的同時，提高成形的穩定度，降低反向負荷，模具壽命可被延長。

⑷在下死點進行多次回壓的壓印曲線，特別適合難成形材料，高張力鋼板的回彈量大，通過此曲線可有效控制回彈情況。

⑸保壓曲線可達成下死點長時間保壓，熱沖壓工藝的另一種選項。熱沖壓是將鋼板經過高溫加熱到奧氏體溫度，可容易成形，再以壓力機進行保壓、利用模內冷卻快速淬火，以達到1500MPa 以上的超高強度鋼板。但傳統動力使用液壓使生產效率不彰且耗電量過高，伺服壓力機的持壓曲線能符合此工藝之需求，同時解決既有的問題，如圖4 所示。這也是協易大噸數伺服機臺最常見的應用之一。從耗電量來看，以協易廠內所計算的實驗數值為例，1200 噸伺服壓力機在每天24 小時、一年300 天的工作天數下，其全年的耗電量僅是液壓壓力機的三分之一甚至四分之一，可為客戶省下大筆可觀的電費。

圖4 汽車零件供貨商導入伺服壓力機熱成形產線

大型汽車金屬板件是沖壓件的大宗，通常是由多臺機臺組成的縱列線生產，每臺壓力機進行抽引、成形、切邊、沖孔等各種加工法。伺服壓力機的沖壓曲線可依需求彈性設定，并與周邊搬運設備同步，進行過去傳統壓力機較難達到的連續節拍模式。而客戶對整線生產節拍要求15SPM 以上時，伺服壓力機會是沖壓設備的首選。壓力機的智能應用在此情境下至關重要，因應產線高度自動化，各設備如何協同合作，中控系統監測機臺的實時狀態，并立即處理各類異常，是工業4.0 潮流下的必然發展。

伺服壓力機在家電產業的應用

家電產品也有許多金屬沖壓零件，最常見的是電視背板的金屬邊框，或是洗衣機、洗碗機的外殼和內槽等，沖壓件的外形或工序較單純，因此大多是使用傳統壓力機成形加工。近年來，有越來越多高階家電廠商了解到伺服壓力機的優勢后，也開始思考伺服壓力機可為他們帶來哪些效益。

大型家電通常需要有大臺面的壓力機來沖壓金屬外殼或金屬沖壓件，所需的噸數從1000 噸到2500 噸都有，洗衣機或洗碗機的桶槽通常是以抽引加工成形，過去多以油壓壓力機對應，才有辦法確保成形精度與質量。不過，隨著家電企業開始在工廠導入智慧化應用、追求高效率生產，沖壓設備勢必得到提升。前面提到伺服壓力機因為其滑塊運動可控，沖壓曲線可以彈性調整，這個特點讓沖壓工序的減少成為可能。以洗衣機的內槽為例，會有抽引、折彎、沖孔等多道工程，過去以機械壓力機加工需要多部機臺分道次進行，但使用伺服壓力機就有機會讓多道工程縮減，甚至僅需一工程就同時完成抽引和沖孔，大幅提升生產效率且也節省了后加工機臺的資本支出。

除了能保證成形力、生產力大幅提升外，家電企業也體認到伺服壓力機能源消耗的優異表現，對于重視環保的歐美國家而言，節能減碳亦是評估設備時的標準之一。伺服壓力機可滿足的應用相當多元，金屬加工從業者有機會實現復雜工件的成形，為人們的生活帶來更多美好的想象。

結束語

先進的制造能力，是一個國家生產競爭力的重要指標之一。能夠突破生產模式的優勢設備，具有更高效能、滿足多元需求，還是引領產業向上發展的動力。汽車行業高度專業，各大車廠致力于發展先進零部件，提供更輕量、更節能、更安全的方案，這需要有配套的專業制造方案來對應。家電行業也正在自動化與智慧化的發展道路上，能夠在制程上領先的廠家才能提供具有附加價值的產品給消費者。協易伺服壓力機提供給金屬沖壓行業就是這樣的優勢。從綜合成本來看，選擇伺服壓力機投資回報可以提升，企業升級轉型也可達成，能真正為客戶帶來價值。