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協易機械:推動伺服熱成形發展

http://www.b2b.hc360.com 中國金屬加工網 信息來源:Author發布時間:2020年05月25日瀏覽:1270

從1990年代,日本的壓力機廠商開始研發大容量、大扭矩和低轉速交流伺服電機,應用在壓力機上,對沖壓工藝產生了巨大變革,其他國家的壓力機制造廠商也在2000年之后陸續跟進,很快歐洲在制造和使用情況都能和日本分庭抗禮。

在中國,伺服壓力機經過產學研各界的廣泛推廣,但是對本土設備商和本土用戶而言,這一新技術并沒有獲得廣泛的應用。但是這種情況正在改善,其中一個很重要的原因是協易機械,這家國際程度極高的臺灣壓力機制造商的參與。

近期,記者很榮幸就機械伺服壓力機的應用問題再次采訪了協易機械的郭挺鈞總經理。

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者:據您了解,機械伺服壓力機的起源源于什么樣的歷史背景?

郭挺鈞:機械伺服壓力機的商業化,是市場需求和相關配套技術成熟的結果。沖壓零部件一直面臨著減輕重量的需求,對于汽車或者航空業用戶而言,減重意味著巨大的能源成本的節省,從而讓成品更有競爭力。減重可以通過變小或變薄實現,但是又不能損失強度,這樣要么讓結構更復雜,比如零件一體化,減少連接,要么用高強鋼、鋁合金、鎂合金等高強輕質材料替代普通鋼材,這些材料的成形機理、成形速度和工藝往往很難用傳統的壓力機實現。

另外一個趨勢就是當時多品種、小批量共線生產,以及節約生產線數量的直接投資和占地投資成為壓力機用戶迫切的需求。

最初的思路是通過設計結構更復雜、工位更多、強度更大的模具,或者是液壓機成形,進而出現了熱沖壓成形某些結構件。

但是當所有的方法都不能實現穩定、高效沖壓某些零部件的時候,就必須要對傳統機械壓力機進行革命化的升級了,伺服壓力機的設計理念事實上早就產生了。正好這個上個世紀 90 年代,伺服壓力機需要伺服電機、驅動結構、控制系統和電腦軟件等核心制約因素都相繼成熟了,于是伺服液壓機和機械伺服壓力機相繼出現,并且得到日本下游汽車巨頭的扶持,形成幾大技術流派,各有優勢。

伺服壓力機最核心的特點就是滑塊運動曲線可調,而且是可視化的精確控制。傳統的壓力機的滑塊速度是剛性輸出,速度曲線不能控制,只能簡單控制合模高度、每分鐘打擊次數和緩沖墊壓力幾個參數而已,沖床基本是只能生產有限品種和材料的專用機床。

伺服壓力機的出現,可以說解鎖了沖床的諸多限制,在下死點能滑塊逆轉;還可以設定加壓過程中,像液壓機一樣保壓;在下死點緩進快出,既提高了拉伸精度,最大可能消除沖壓工藝固有的皺褶、裂紋和反彈等難題,又保證了生產效率。

所以,人們稱伺服壓力機為第三代壓力機,是壓力機界石破天驚的發明一點不過分。


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▲協易伺服壓力機專用伺服馬達


記者:據我們了解,伺服壓力機現在是日本和歐洲不管是設計、制造和使用情況都領先中國大陸。中國作為全球最大的汽車和家電生產中心,您提到的需求和硬件條件難得不具備嗎?為什么實際的應用遲遲沒有起來?而協易為什么要投入這么多精力做伺服壓力機?

郭挺鈞:伺服壓力機的不管是什么驅動結構和電機種類,原理都很好理解,但實際制造出一臺可靠好用的壓力機設備,并不是驅動方式改成伺服電機或者油壓伺服泵驅動這么簡單,要解決的技術難點實在太多,是一個龐大的系統工程。

從硬件講,最核心的是低速高扭矩的大功率伺服電機,這好比一臺飛機和汽車的發動機,最頂尖的壓力機公司大多要有自己知識產權的伺服電機,不會出售給競爭對手。

如果從日本和德國進口伺服電機,很難以有競爭力的價格拿到大功率的電機,或者超過一定功率的電機,給錢也買不到。即使高價買到進口電機,你成品的價格就沒有競爭力,同時也因為不掌握電機的核心技術,不能根據應用場景的不同進行根本的改造,只能依賴電機供應商,這樣很麻煩,產能不夠的話,得到的支持不可能讓人滿意;如果扶持本土的供應商,銷量不夠,他也不敢投資,也沒有機會試錯成長起來;而在市面上也有成熟機型的情況,推出的機型失敗,很可能摧毀了潛在用戶的信心。很多同行試水之后,感覺水太深,紛紛退出。

伺服壓力機從面世之后,價格居高不下,但遲早會成為主流的壓力機是業界的共識。作為一家有志于開拓全球市場的壓力制造商,協易如果不投資伺服壓力機,就是放棄未來。自2005年起,我們在桃園成立了伺服沖床研究中心,2010年左右又與日本頂級伺服電機設計公司合資,共同開發協易專用的伺服電機。

這家公司擁有日本伺服壓力機開山鼻祖的成員,對電機設計、傳感器、機械控制系統、沖壓工藝都有二十多年的經驗。

我們放棄基于市面主流的用金屬切削機床用的伺服電機的研發思路,研發出更合適沖壓加工特點的電機,設計理念更先進可靠,配上協易強大的制造能力,我們于 2011年在日本的MF-TOKYO展上展示了首臺200噸的小噸位直驅伺服壓力機。這臺機床經受住了日本同行和用戶最苛刻的挑剔,獲得日刊工業新聞的報道,最終打入日本市場。

之后持續推出400-800噸的中噸位,繼而1000噸以上的大噸位伺服壓力機,又陸續獲得了歐洲商用車主機廠和德國一流零部件的訂單,提供用于生產車頂、車門等覆蓋件的流水線。

對工藝,協易也投入大量的研究,也和客戶以及高校研究所有大量合作,針對不同行業積累了大量的模擬數據和應用解決方案。

對于歐日壓力機廠商而言,協易已經是不容忽視的強勁對手,掌握伺服電機這個核心大殺器之后,拼質量,拼價格,拼交貨期,拼工藝,我們都底氣十足。

而且我們的服務中心也開到了歐洲、美洲和東南亞,直接聘用當地的工程師,毫無障礙地與客戶探討生產難題,通過實際討論、成形模擬、分析說明后,一同研究出最佳的生產方式。

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▲980MPa高強鋼板沖壓品



記者:我們關注到國外伺服壓力機同行基本是用來冷沖壓,而協易在大陸力推的是熱成形伺服壓力機,而熱成形最頂尖的品牌都是油壓機實現的,這是什么原因呢?

郭挺鈞:很多客戶都問到這個問題,這有一些誤區,協易也做冷沖的伺服壓力機,目前出口全球市場的機器中也有35% 以上是伺服壓力機,我們在大陸也有銷售冷沖伺服壓力機。

中國是世界的制造中心,壓力機行業的競爭激烈程度也是世界第一,所以冷沖壓的利潤率很低。不同于歐洲和日本的制造業強調生產計劃性,保證平衡生產,中國市場對沖壓件的價格和交貨期極其敏感。比如這次疫情,中國的廠商能夠在很短時間內形成巨大的口罩、額溫槍、呼吸機等防疫物資的產能,幾天的交貨期延遲就能導致價格的巨大差別。

所以,對于本土冷沖企業而言,幾乎所有低附加值的產品都能用現有的機械壓力機配合模具來解決,而目前的利潤可能不足以支持進口的伺服壓力機生產線、新工藝開發、學習切換、模具更換等帶來的切換成本。而高附加值的沖壓件,如果利潤率和訂單不足夠大,他們又不會去投資成熟伺服生產線。以汽車業為例,一級零部件企業基本是外國巨頭,他們的高附加值的沖壓供應商也是合資或者獨資企業。


事實上,也有華南市場的客戶使用了低價的并非真正意義的伺服壓力機之后,生產效率和精度反而不如傳統生產線,更是加重了市場對伺服壓力機應用前景的擔憂。

但是隨著協易的伺服壓力機的量產和口碑的樹立,我相信大陸廠商也跟著全球一樣,習慣使用伺服壓力機,并能據此重新構建獲得競爭力。

而力推伺服熱成形,有兩個考量:中國最近幾年環保政策趨嚴,輕量化成為行業熱點。中國是全世界熱成形最成功的市場,也是體量最大的市場,一直堅持冷成形高強鋼的日系車,也開始在華大量使用熱成形件,與之相關的投資空間還很大。盡管在下滑,熱沖的利潤率還是比冷沖要可觀得多,從熱沖切入是我們的戰略考慮。

不過,用伺服替代油壓熱成形,也是技術發展的必然,之前采用油壓機熱沖是當時機械伺服壓力機的技術和市場容量都不夠好,現在這個時機已經成熟了。

熱成形的主要客戶是汽車行業,產量巨大,熱沖一直為人詬病的就是:它的生產效率太低,每分鐘只能沖3-4個零件?,F在用協易的伺服壓力機,在每個沖次保壓5-7 秒的情況下,我們可以提升到每分鐘沖5-6次,至少提升20-30%產能,理想狀態提升50%。其中伺服馬達加速驅動滑塊向下,然后停止,大約也僅僅需要1.6秒,可以產生1200噸壓力,保壓讓高強鋼冷卻硬化;結束后,同樣利用伺服馬達加速驅動滑塊向上停止,完全打開模具,也只需要1.6秒,這個過程中,取件機械手和送料機械手可以密切配合,縮短1.8秒的取放料時間。

這樣一條伺服熱沖線可以抵1.2-1.5條油壓線,而且節拍的加快,也節省了零部件在加熱爐里的等待時間,以及低轉速時的電力回收再利用,都節省能耗成本。同時,油壓機在下死點持壓時,會消耗大量能量以維持壓力,但協易伺服壓力機可將下死點時的馬達負荷降至零,這是因為下死點持壓的機構,會像伸直肘關節的手一樣撐住,可在不使用馬達的情況下保持模具壓緊的狀態,當脫離這個狀態的瞬間,便會再度啟動馬達。

目前我們客戶實測的結果是同樣的產能條件,伺服線能節省25-50%的電能,我們的 1200 噸伺服壓力機正常能耗能將至50千瓦每小時以下。好處還不止效率和能耗,伺服熱成形件的質量也顯著提升,熱沖時,金屬板材一接觸模具就開始冷卻,尤其是形狀上較有深度的零件,其溫度差的影響將會更大,伺服壓力機相較于油壓機的沖壓速度較快,可以抑制這項溫度差的影響,并穩定工件質量,進而達到減少不良的結果。

我們在MF-TOKYO 2019東京金屬成形展上展示的新一代200噸伺服壓力機搭配特殊模具成形980MPa的高強鋼板,以往要使用多臺壓力機漸變成形,現在一機一模進行成形加工,顯示了伺服壓力機的工藝優越性。

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▲MF-Tokyo 201 9東京金屬成形展


郭挺鈞:協易推廣伺服熱成形技術是最近兩年的事情,已經實施的生產線有三條,分別在美國、墨西哥和中國,是日產、豐田和本田的一級供應商擁有。接洽中的業務有十幾條,可以說目前大陸的主要的熱成形投資意向,我們都有參與?;旧鲜莾蓷l協易伺服生產線的產能能對應3條油壓機的生產線,綜合考慮加熱爐生產線+ 激光切割機+廠房/土地/人力/耗材等成本,估計節省上億元的投資。


我們的現在能夠設計制造的伺服壓力機達到了2400噸,而已經銷售的熱成型應用機型達到了1200噸。我簡要介紹一下伺服壓力機的技術情況,以SDE4-1200為例,公稱力1200噸,可以精確設置加工曲線;傳動形式是四點、龍門、四柱、偏心齒輪結構,精度高,技術成熟,結構堅固,受力均衡;公稱力行程是下死點以上 13mm,壓力足,能量高,不受調速影響;行程長度1000mm,偏心齒帶動,帶導套,上下平穩;最高空轉 30SPM,低轉速大扭矩高能量,可實現各種編程,可以配各種機械手搭配使用;主伺服電機是4顆伺服電機,控制精準,制動快,保壓幾乎不耗能;制造精度 JFMA1級,世界頂級水平;滑塊和底座剛性萬分之一,支撐更高效。

協易伺服壓力機電控系統可以完整對應BECKHOFF倍福、Siemens西門子、MITSUBISHI三菱、Allen-BradleyAB等系統。


記者:您對中國的熱成形市場怎么看待?還有伺服壓力機應用前景有什么展望?

郭挺鈞:伺服壓力機發展只有20多年,成長空間還很大,工藝應用場景還非常廣泛。比如伺服壓力機減少了對模具的傷害,模具制造和維修成本下降,使用壽命增加,未來或許3D打印模具也能適用。

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▲協易熱成形客戶實績


伺服壓力機無飛輪的機構設計,以及在成形時減速,大大降低了噪聲和震動,同時消除了油壓機的油污和氣味,改善了沖壓工廠的工作環境,保護工人的健康,對于勞動力結構改變的中國大陸市場尤為重要,這對90后和00后新生代操作工人具有很大的吸引力。

我們也正在研究如局部加熱或局部焠火的工藝,因沖壓效率提升,成形后材料仍處于高溫狀態,還可以加入模內沖孔攻絲的需求,甚至用壓力機直接沖裁飛邊,節省激光切割機的投資,提升生產效率,減少成品工序,降低制造成本。

目前協易和國內外諸多友商一樣,都在努力降低伺服壓力機的使用門檻,幫助勇于吃螃蟹的伺服壓力機用戶構建競爭優勢,示范效應正在顯現,我相信伺服壓力機的春天已經到來。和日本同行比,我們缺乏下游主機廠深度的合作支持,這使得我們在前期推廣遇到較大的阻力,但是同樣我們不用背負主機廠的種種技術束縛,可以給不同的車系供應商提供我們的產品和技術,考慮到我們冠絕全球的品質控制和成本控制能力、不受限制的核心部件供應資源,我相信協易會是伺服壓力機市場的主要供應商之一,能夠幫助中國的本土沖壓企業以高性價比使用世界第一流的伺服技術,有效提升產品成形性及精度、延長模具壽命、提高生產效率,降低噪音和震動,能夠對高強鋼、鋁鎂等合金材料沖壓成形,當然也更加節能環保。

本次疫情對汽車行業產生了巨大的沖擊,德國和日本的整車廠都不得不停產,一天損失高達幾億美金,紛紛尋求政府的資金支持,未來汽車產業鏈所有的廠商都更加要注重投資回報率。我們對伺服熱成形的成本優勢是基于實際生產進行了精準的模擬,我相信用戶會從我們的合作中獲得更大的收益。疫情也讓人更加珍惜生命,對車的安全性提出更高要求,高強鋼、鎂鋁合金等新材料的應用比例會更高,這些都是會帶動熱成形的新一輪投資。



記者:感謝您的精彩分享,我們對協易的品牌,伺服壓力機和熱成形技術有了更深的了解。

郭挺鈞:協易的使命是“創新科技運用,豐富人類生活”,希望通過記者的平臺,讓更多客戶了解我們,讓我們的產品和技術幫助到千千萬萬的沖壓企業和從業人員。

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