汽车覆盖件伺服压力机生产线测试分析

汽车覆盖件伺服压力机生产线测试分析

1机械多连杆伺服压力机十多年前，日本网野学会率先销售大型sec自动尊金加工机械，2004年销售2400吨机械尊金卡。2005年，世界上最大的多式联运车身压力机终于开发出来，引起了工业界的关注。多连杆传动方式应用于大型伺服压力机有许多优点,首先由于其具有力放大作用,更易于驱动大惯量的滑块,以满足变速冲压成形工艺;其次可以使滑块运动到下死点时实现保压,有利于高强度钢板、轻量化难变形板材的成形加工。由于网野公司首创的机械多连杆式伺服压力机具有许多优点,在中国得到较好的应用,目前已引入这种压力机的公司有东风汽车有限公司、天津汽车模具制造公司、成都飞机制造公司、广州日野汽车公司、湖北先锋模具公司等。其中东风汽车公司引进的是由一台10000kN、四台6000kN的机械多连杆式伺服压力机组成的覆盖件生产线。经过一年多的生产考验证明,这种类型的压力机不仅在压力机主传动系统实现了重大突破,而且具有噪声低、节省能源、提高生产率、降低次品率、提高模具寿命以及生产过程管理的柔性等优点。2压力机控制系统机械连杆式伺服压力机的主驱动系统为:采用AC伺服电机作为驱动源,通过减速器驱动特殊螺杆,推动对称连杆,带动滑块运动。即将伺服电机的旋转运动通过螺杆机构转换为滑块的直线运动,其结构原理如图1所示。该伺服压力机采用计算机控制(CNC),利用数字控制技术和通过位移传感器检测滑块的运动来实现闭环反馈控制的方法,可以任意自由的高精度地控制压力机滑块的运动。图2是控制系统方框图。数控系统既可以对压力机滑块位置进行精确控制(位置控制重复精度±0.01mm),也可以对滑块运动速度进行精确控制。使得可以根据工艺需要,对滑块的行程对时间的运动曲线进行任意设定和控制,实现变速率成形。经实际生产证明,控制压力机滑块的变速率运动,不但可以提高材料的塑性成形性能,还大幅度提高了模具的寿命,而且改善了工作环境,降低了工作时的振动与噪声。为新材料的加工和加工工艺优化提供了平台。3该工艺的特点是机械连接代理机构的特点3.1润滑、材料和表面处理技术面对大输出力矩和长使用寿命的要求,采用了特殊结构驱动螺杆。经历了十年的生产考验证明,所选用的润滑剂、材料和表面处理技术,使驱动螺杆磨损少,整机传动效率高达75%。采用双驱动螺杆轴时,最大可输出压力50000kN。3.2机械同步性能力由于采用对称的连杆布置结构,使压力机抗偏载能力强,同时可保证滑块机械同步。在冲裁加工时无过冲问题,在成形加工时滑块对导轨的侧压载荷小,因而能长期保持压力机的精度。3.3力机的平稳运行该装置采用了高度集成化结构,可平衡滑块机构和上模具的重量,保证压力机的平稳运行。由于采用了特别的油路设计,在紧急停止时会比一般的操作停止时间缩短一半,所以起到安全装置的作用。当伺服电机的紧急制动与该平衡装置的紧急停止功能同时动作时,确保了设备更安全地运行。3.4变速率加工可依据材料成形工艺的要求,实现多种多样的滑块运动曲线。其可成形的范围是油压机的1.5倍以上,拉深比提高了20%~30%。可控制滑块间歇停止运动施行保压,因此,可提高轻量化、高强度、难变形材料的成形性能。例如:日本网野公司在其开发的25000kN机械式连杆伺服压力机上,采用图3所示的变速率加工模式进行汽车侧板(图4)的成形加工实验,滑块在空行程时高速下行,成形开始前减速,成形开始后高速加工,加工完成后高速回程。实验证明:应用镀膜或不镀膜的普通金属板材或合金铝板材都能够达到既提高了生产率又大幅提高了材料的成形性,还可提高模具寿命。3.5可降低对模具的冲击机械连杆式伺服压力机可大幅减少振动降低噪声,最低可降到75dB(A),比传统机械压力机和油压机低10dB~20dB(A),因此,降低了对模具的冲击,使模具寿命提高3倍以上。3.6回用电网再利用由于滑块下降、上升减速时,伺服电机发电回馈电网再利用,一个工作循环结束伺服电机即停止,因此,节能显著,能耗是同吨位传统机械压力机的40%,是油压机的30%。3.7电子机修量由于没有飞轮、制动器和离合器,以及液压阀等损耗品,其维修量仅为传统机械压力机和油压机的1/3。利用网络技术可实现远程在线服务,公司能够及时掌握设备运行状况,发生故障时可以快速应对处理。还可实现对用户的远程遥控变更控制程序。3.8可视化界面好,容易进行编辑。请进行可视化界面的充由于采用了计算机数字化控制系统,可设置用户友好的触摸屏界面,在可视化界面上,操作者容易进行滑块的位置、速度、压力的设定和编辑。此外,还可用数字手轮对滑块位置进行微调。4传统曲柄压力机性能通过对东风汽车公司引进的10000kN机械多连杆式伺服压力机的瞬时交流工作电流、瞬时交流电功率的测试。结果表明,在做覆盖件拉延工艺成形的生产中,最大电流为364.2A,平均电流为256.7A,在滑块运动期间的工作电流几乎为0A(参见图5、6)。而瞬时电功率最大值为48.84kW,平均值为10.50kW,并且有峰值约为30.68kW的回馈功率。通过对相同加工能力的传统曲柄压力机的瞬时交流工作电流、电功率的测试结果,如图7和图8所示。在其成形工艺、负荷与10000kN伺服压力机相近时,最大电流值为245.88A,平均值135.54A,而在压力机滑块不作有效功的时候,最小值为104.42A。由于维持、恢复飞轮的惯性能,电机的维持电流几乎是最大电流的25%,所以其平均功率为15.14kW,是伺服压力机的1.44倍。由实测数据可知,瞬时交流输入电流与功率测试结果,与安装在伺服压力机电力输入端的电能表记录的累计能耗反映的结果一致,伺服压力机较传统机械压力机节电约30%。对网野6000kN伺服压力机与相近加工能力的传统曲柄压力机的瞬时电功率测试数据表明,基本与上述测试结果相同。通过分析测试数据可以看出,对于传统曲柄压力机而言,只有当其工作在接近最大额定冲压行程率的时候,换句话说就是,当其连续工作使间歇停顿时间短的时候,有效电力功耗才得以提高。但是,在手工上下料生产线上,很难做到这一点。因此,传统曲柄压力机的累计电能功耗与有效生产功耗的比值,大大高于伺服压力机。5伺服压力机生产线东风汽车股份有限公司汽车分公司,于2007年从网野(武汉)高科技有限公司引进由一台10000kN、四台6000kN机械连杆式伺服压力机组成一条覆盖件生产线(图9)。该生产线于2007年11月投产,至今已经运行快两年了。承担了东风小霸王系列、东风之星系列、东风梦卡系列及DF1045中宽、B07、F91A等车型白车身中小型冲压件的生产任务。主要工艺包括下料、拉延、修边、冲孔、斜切、校正、弯边等。生产实际情况表明,由伺服压力机组成的生产线提高了加工质量、生产效率,给公司带来了显著的经济效益和社会效益。5.1成形性的提高通过优化设置滑块运动曲线,调整模垫不同位置的压边力,提高了零件成形性(图10)。与以前相比,平均降低零件报废率达0.3%。零件的表面质量也得到明显改善。5.2sph值的上升通过合理设定零件的装模高度,缩短滑块行程,使伺服压力机生产线的SPH值由原来的180上升到210,提高了16.7%。如按照90万件的产量目标计算,加工时间由原来的5000h降为3750h,可以节省715h的劳务及电力消耗。5.3拉延筋和干预生产左右前支柱时通过对工艺曲线的优化(图12),同时采取调整平衡块高度,修复拉延筋等措施,既取消了该零件的落料模,又确保了该零件的成形质量。5.4机生产线单件能耗的对比图13所示为传统曲柄压力机生产线与伺服压力机生产线单件能耗的对比。统计结果为伺服压力机比传统压力机节约29%的电力,平均每月省电费1.96万元,每年节省电费23.5万元。5.5新增变压器的节约伺服压力机生产线投入生产后表明,无需另增加1250kVA的变压器,而与车间现有生产线共用一个变压器,使用至今未发生过载、跳闸等现象,线路无烧损,功能正常。由此,节约新增变压器费用25万元;节省消耗的容量费39万元/年。由于节约获得的收益共计64万元。5.6降低报废率,提高成形质量由于伺服压力机的特性,可优化成形工艺从而提高了零件成形质量。与从前相比降低了零件的报废率,每年可以提高收益202848元。提高了零件的表面质量,降低了返修率,提高了零件的一次下线合格率。5.7提高设备利用率以实现收入如图14所示,通过对设备进行合理的选型和布局,使之可以实现“3+2”生产模式,从而大大提高了生产效率。6国外屈服压力机成像技术的研究和开发6.1回生电流的回收利用图15所示,是对机械连杆式伺服压力机的测试数据整理成的综合曲线图。从图14中的一次电量曲线可以看到,在滑块接近下死点和上死点时,或者说在伺服电机减速时产生回生电流,即出现再生能量返回电网的现象。严格地说这些返回电网的再生能量是用处不大的,或者说浪费掉了,因此,华中科技大学已开展对回生电流回收变成再生能源的研究。即开发能量回收再利用的技术。6.2在线监测模具工作时的状况从图15中的一次电流值曲线可以看到,通过成形加工时的电流的变化可以在线监测模具工作时的状况,这对研究改进模具结构,优化成形工艺,提供了很好的动态特性研究的手段。华中科技大学目前正在利用其自主研发的伺服成形装备,开展对这种伺服成形工艺和模具的动态特性研究。6.3压力机以及生产模具检测数据如图15所示,由于伺服电机的电流、电压和功率都可以在线检测,而这些检测数据能够直接反映压力机以及生产模具的实时工况。华中科技大学正在开展利用网络技术在线监控生产状况、模具工作状况等技术,为实现数字化工厂打下重要的技术基础。6.4伺服驱动非线性控制模型的建立伺服压力机采用的曲柄连杆或者多连杆传动增力机构,为一个非线性系统,传统伺服驱动单元内置的PID调节模型并不能提供最优化的控制。因此,根据图16、17的伺服电机控制模型建立与主传动系统结合得到滑块的非线性控制数学模型。用如图18所示的ARM控制系统实现伺服压力机滑块的变速率控制。7多连续压力机压力机的历史相对于机械工业来说非常长,但是它的革新进展却非常慢。自从1960年欧洲和美国联合开发了连杆机构与连杆运动以来,驱动机构与压力机滑块运动已经有40年没有明显的改变或进步。而近十年来出现的伺服压力机由于其组成部分如交流伺服电机、主传动系统和控制系统的发展,其应用范围正在进一步扩大。相对于传统压力机的历史,伺服压力机的发展速度是相当高的。因此,可以说近年来出现的伺服压力机是一个划时代的事件,将大幅度地改变和扩大压力机生产技术。多连杆传动方