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我国冲压设备的现实和未来

2012-8-30 18:16:32 【字体:

    锻压机床作为工业基础装备的重要组成部分之一,在航空航天、汽车制造、交通运输、冶金化工等重要工业部门得到广泛应用。尤其是近年来,以汽车为龙头的制造业的飞速发展,大大推动了我国冲压生产的进步。国产大型精密高效的成套设备、自动化生产线、F MC、FMS 等高新技术,以及高附加值的冲压装备正在装备着我国的制造业。

一、冲压设备现状

在汽车、航空航天、电子和家用电器领域,需要大量的金属板壳零件,特别是汽车行业要求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入21 世纪,我国汽车制造业飞速发展,面对这一形势,我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步。

1. 重型机械压力机及其覆盖件生产线、大型多工位压力机

汽车覆盖件是标志汽车质量的最重要钣金零件,是大型冲压件的典型件,其生产目前主要有两种方法:一是由多台大重型机械压力机配以自动化机械手,组成自动化柔性冲压生产线;二是应用大型多工位压力机生产。

( 1) 单机连线自动化冲压生产线 为满足自动化冲压生产线的需要,国内知名压力机生产企业在20世纪末期,就大力进行了高性能单机连线压力机的研制生产。其中以济南二机床集团公司、上海锻压机床厂、齐齐哈尔第二机床厂等为代表,先后研制了J47—1250/2000型闭式四点双动拉深压力机、S3P—630 型闭式四点压力机、PE4 - HH- 600 - 2TS 四点单动压力机、PD4- HH - 800/ 600 - 2TS 四点双动压力机、30000kN 闭式双点汽车大梁压力机、成系列多连杆传动单动压力机及其他规格的大型双动拉深压力机。由它们组成的自动化冲压生产线具有大吨位、大行程、大台面,以及大吨位气垫、机械手自动上下料系统、全自动换模系统和功能完善的触摸屏监控系统,生产速度快、精度高。这些单机连线已先后装备了第一汽车制造厂、重庆长安汽车厂等汽车制造业的多条大型自动化冲压生产线,并正在向更多的汽车厂和国外公司扩展。2006年8月,济南二机床公司向泰国萨密特公司提供了一条32000kN大型冲压生产线,充分满足了汽车快速、高精度及高效的生产要求。

这类生产线的典型配置和用途:开式单点压力机加装辊轮送料机( 或气动送料机) 成线,可作单( 多) 工序连续冲压,操作性良好;开式双点压力机加装多工位送料装置、开卷装置和校平装置,组成多工位连续冲压生产线。由于占地少、工序间搬运小,所以正日益被冲压生产看好;高速压力机加装凸轮分割型送料机、开卷校平装置成线,冲制专用零件,如电动机硅钢片等。
2) 大型多工位压力机 在覆盖件冲压领域,大型多工位压力机是最先进、最高效的冲压设备,是高自动化、高柔性化的典型代表。通常由拆垛机、大型压力机、三坐标工件传送系统和码垛工位等组成。生产节拍可达16~25次/min,是手工送料流水线的4~5倍,是单机连线自动化生产线的2 ~3 倍。是当今世界汽车制造业应首选的最先进的冲压设备,目前世界上已能生产95000kN 的大型多工位压力机。

这类机床过去惟工业发达国家独有,20世纪末到21世纪初我国也已开发研制,并取得成功。济南二机床集团公司于1999年与德国万加顿公司合作制造了两台20000kN 大型机械多工位压力机,2005年初又与世界最大的汽车零部件供应商———美国德纳(DANA)公司签订了供货合同,为其提供一台50000kN重型多工位压力机。该机采用电控同步、电子伺服三坐标送料、多连杆、全自动换模、模具保护及现场总线控制等多项国际先进技术,具有远程诊断、远程控制和网络通信等多种自动化功能,适用于汽车制造中薄板件的拉深、弯曲、冲裁和成形等冷冲压工艺。是我国迄今为止出口的吨位最大、技术含量最高、自动化程度最高的冲压成套设备。济南二机床公司因强大的研发制造能力和良好的市场业绩,被国外用户誉为“世界五大数控装备制造商之一”。迄今为止,这类多工位压力机在国内汽车业尚未广泛使用,但市场前景十分看好。

2. 数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线

我国的数控冲( 剪\折) 机床始于1982年,经过20多年的发展,已经到4轴控制、辅助功能增多、模位数增大并带两个自转模位,并进一步发展为液压驱动4 、5 轴控制,现在又已出现网络式数控转塔冲床。生产企业由最早的济南铸造锻压机械研究所发展到多家公司,颇有实力的有济南捷迈数控工程公司、齐齐哈尔二机床集团公司、江苏亚威公司、江苏扬力集团公司、湖北三环集团公司和江苏金方圆公司等。

(1) 数控冲床 

目前,许多用户都趋向使用数控复合冲剪机( 可组成数控冲剪复合柔性加工线),但数控冲床单机的市场仍旧很大。数控冲床的先进特点有:采用高性能伺服液压驱动的专用液压系统;步冲次数高(步距0.5mm时,频率600~1000次/min),冲压稳定性好;采用智能夹钳减小冲裁死区;采用毛刷型工作台确保板材表面质量;工作台移动速度高(轴向80m/min,合成120m/min);设有2~4个自动分度工位(大直径模设置其上,减小转塔换模惯性);采用开放式数控系统,用户界面友好,可扩展性高,并配有高效自动编程软件。主要用于带多种尺寸规格孔型的板冲件加工,在大型电气控制柜加工行业有着广泛的市场,也可用于其他大批量板冲件的加工。

(2) 数控冲剪复合机及柔性加工线

数控冲剪复合机是由数控冲和数控角剪集合而成,板料的冲孔、成形和剪切可在其上一次完成,最适合后序有弯折工序的板件加工。多工序共用一套数控系统、液压系统和送料机械手,与数控冲和角剪机单机连线比较,不仅可以降低设备投资,节省占地面积,减少故障率,而且还可以作为主机组成冲剪复合柔性加工线。

国产的先进数控冲剪复合柔性加工线有:济南捷迈数控公司制造的CI型柔性加工线,它由PS31250型数控冲剪复合机、板材立体仓库、吸盘式送料机、码垛分选装置及控制系统组成,复合机公称力(冲/剪)300/280kN,加工板材尺寸1250mm×5000mm,机器5 轴控制,整线生产率(钢板)8张/h;江苏金方圆公司制造的APSS型柔性加工线,由一台冲剪复合机、定位台和自动上料机械手组成,公称力300kN,加工板材尺寸1250mm×2500mm。上述两线均达到国际先进水平。

(3) 数控折弯机 

数控板料折弯机普遍选用BOSCH/HOERBIGER 等公司的数字闭路液压系统和DELEM、CYBELEC等公司的专用数控系统;成熟的工艺软件、自动编程功能及彩屏显示,可实现多种折弯工件的工艺存储及轮番生产;采用动态压力补偿系统、侧梁变形补偿系统、厚度及反弹在线检测及修正系统、温度补偿系统,提高了工作台与滑块的相对位置的精确性;采用数控轴数4、6、8轴后定位机构,保证了板料的精确送进;滑块的空程速度为100mm/s,工作速度为10mm/ s ;重复定位精度±0.01mm 左右。 
可加工各种带有多规格弯曲角度的复杂盒形零件。国内有代表性的产品———湖北三环的PPH35/13 型350kN 数控板料折弯机、江苏扬力的EB3512型数控板料折弯机、上海冲剪机床厂的ME50/2550型机械电子伺服数控板料折弯机、江苏金方圆的PR6C225×3100型2250kN数控板料折弯机和天水锻压机床厂的2000~30000kN大型数控板料折弯机等。

(4) 数控框架板料冲压液压机 

在常规结构液压机的基础上,汇聚了触摸( 调控) 彩色显示屏、二通逻辑插装阀、可编程序控制器、高灵敏度压力传感器、微米级磁栅尺和无级调控比例控制阀等多项先进技术。机器设有调整、无压力下行与半自动工作方式。还配有自驱动移动工作台、液压大打料缸、电液连锁双安全栓、温控液压油冷却系统、程控16点导轨润滑系统、双侧缓冲液压缸和电动同步螺杆调程机构。机器滑块不仅能实施压力成形及冲裁工艺的定压定程,而且液压垫可在拉深工艺的行程内设置分段调压。机器具有薄板冲裁落料、弯曲翻边及拉深成形等多种功能。这类机器的代表有合肥锻压机床公司的RZU500HD框架式快速薄板深拉深液压机及徐州压力机股份公司的20MN 彩屏框架式液压机。
3. 无模多点成形压力机

多点成形是将柔性成形技术和计算机技术结合为一体的先进技术。它利用多点成形装备的柔性与数字化制造特点,无需换模就可完成板材不同曲面的成形,从而实现无模、快速和低成本生产。该工艺目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑物内外饰板成形及医学工程等领域得到广泛应用。多点成形压力机按冲头基本体调形分有逐点调形式和快速调形式;按机架形式分有开式、三梁四柱式和框架式;按加工板材有厚板和薄板之分。目前,有代表性的产品主要是吉林大学辊锻研究所开发的2000kN 逐点调形式多点成形压力机、200kN快速调形式多点成形压力机及YAM系列薄板用多点成形压力机。

4. 高速压力机

随着电子工业的发展,小型电子零件的需求日趋高涨,促进了高精度、高效率的高速压力机的发展。目前日本已成为高速压力机技术的领军,在100kN压力、8mm冲程下,滑块速度可达4000次/min。我国金丰、江苏扬锻、高将精机、江苏扬力、徐锻和西安通力等公司都有高速压力机产品。2004年已开发出了速度达1200次/min的SH系列SH—25开式高速精密压力机。其他还有VH开式、JF75G闭式系列高速压力机。这些压力机广泛应用于电子和微电子行业,全面提高了行业技术装备水平,替代了大量的进口机床。

5. 数控激光切割机

激光切割加工的成本主要有: 气体、电力损耗和设备折旧维修费。它不需要模具,适合小批量、复杂零件生产中替代冲压加工,其运转成本低于数控冲床。当今的数控激光切割机普遍采用全飞行光路技术,动态加速性能优良;高性能数控系统和内置激光切割专用工艺软件,机床自动处于最佳运行状态;封闭式防护舱防止辐射泄漏,机床安全性强;造型宜人化、用户界面人性化,体现了以人为本;机床采用网络连接控制技术。国内有代表性的生产企业是济南捷迈数控公司。除上述多种多类的高端板材冲压加工设备外,目前,在各工业领域较大量使用的普通冲压设备还有通用中小规格的油压机、通用曲柄压力机、卷板机和剪板机等。随着我国汽车工业的快速发展,以及其他工业产品高质量规模化生产的到来,先进的冲压设备必将逐步进入更多的企业。

二、展望

进入21世纪以来,中国锻压机床行业经过技术引进、合作生产及合资等多种方式的运作,快速地提升了我国冲压设备整体水平。近年设计制造的许多产品,其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平,在宜人性方面也取得了长足进步。但由于大家都在进步,所以国内产品与国外名牌产品的差距并无明显缩短。因此,我国冲压设备行业和企业需以战略的思路和有效的措施应对当前的机遇和挑战。

1. 转变经营理念,培育知名品牌

当前,中国市场的竞争日趋国际化。国际知名冲压机床厂商的大举进入,导致国内冲压机床市场高端失
守,低端混战。因此,政府和企业界必须尽力消除内部恶性竞争,并充分利用我国作为世界第一大机床消费市场的优势,从企业体制创新、产品优化、品牌再塑造入手,逐步培育出一批国际知名的冲压机床。

2. 分析技术上的差距,制定有效措施

( 1) 加速冲压机床的数控化和柔性化 我国冲压机床的数控化程度较之发达国家低,而且数控系统主要依靠进口。因此,若要真正提高机床的数控化和柔性化,就要大力研发自己的数控系统,以满足国产机床数控化的需要。

( 2) 依托汽车、电子工业,促进高技术冲压装备的研发应用 目前,我国汽车工业如日中天,发展势头强劲,加上新兴的电子工业( 电讯、数据处理、自动控制、家电) ,为冲压机床的发展提供了广阔的战场。高速冲压装备( 高速压力机及配套自动化) 、大型多工位压力机及产品一次成形的多技术复合加工单元( 激光切割与数控冲床及自动上下料的复合;开卷校平与激光切割的复合) 需要加大发展。

( 3) 专机和配套件的生产 随着电力、交通和城市建设的发展,各类型材加工需求日益凸显。因此,型材加工专机的研发( 钢结构成套加工、空调通风圆管成套加工等) 将大有前途。

( 4) 大力生产“绿色环保” 冲压机床 为了人身安全和无污染环境,研发冲压机床时需做到“五绿” ———绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理。

三、总结

我国冲压机床的市场极具潜力,应用前景看好,但前提是缩短与工业发达国家冲压机床技术生产水平的差距。也惟有如此,才能拥有国内的大部分市场,并争取相应的国际市场。