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压力机在冲压自动化生产工艺中的应用

冲压自动化生产工艺

在传统的冲压生产线中，前后设备间板料的搬运靠人工手动取放。随着生产节拍的不断提升，手工取放料不但无法满足高节拍的需求，还带来了安全隐患。由于人员专注于取放料速度的提升，忽视了设备运动的危害，经常出现设备压到人手致伤致残的事故。因此，代替人工操作的机械手自动化生产线应运而生。

自动化生产，即采用设备代替人工实现前后压力机间的板材运送。不但避免了人员受伤的风险，还提升了35%左右的生产效率。2005年之后，国内汽车生产企业冲压零件的自动化生产技术，如雨后春笋般涌现，开启了冲压自动化生产的大幕。

传统压力机生产现状

能效消耗大

常规曲柄压力机驱动电机一直旋转，带动飞轮旋转，靠飞轮转动的惯性，通过离合器控制滑块运动，同时大功率电机释放的能量的利用率只有65%，很多能量在运动过程中浪费掉，增加了生产制造成本。

噪声低、模具使用寿命长

由于采用进口伺服电机和CNC控制系统，可以设计特殊的工作特性曲线，控制冲裁时冲头的速度，从而减少冲裁的振动和噪声，提高模具使用寿命。日本小松公司的研究结果表明，伺服电机驱动数控压力机的冲裁噪声较常规曲柄压力机降低20dB以上。同时，由于没有电机和飞轮的空转，不冲裁时，完全没有噪声。

伺服压力机的生产应用

压力机与坯料的关系

压力机工作速度在宏观上表现为板料的拉延速度，在微观上表现为板料的应变速率。根据塑性成形理论，应变速率增大会引起材料硬化，但当变形速度进一步加大时，塑性变形过程中产生的热量又会使得硬化效应有所下降（图3）。根据板料的塑性随应变速率变化的一般趋势显示，当应变速率不是很大时（ab段），由应变速率增大引起的塑性下降大于温度效应引起的塑性增加，即板料的塑性随应变速率增大而减小；当应变速率较大时（cd段），由于温度效应显著，由温度效应引起的塑性增加与应变速率引起的塑性下降相当。即此时板料塑性下降并不显著；而当应变速率增加到一定程度时（de段），板料塑性急剧下降，板料接近开裂边缘。

从上述分析得出，随着压力机工作速度的增加，由于板料变形区域的变形抗拉力增大而导致塑性下降，使拉延件传力区的应力增大，将导致该处开裂的可能性增大；为此针对不同板材允许的很大拉延速度，拉延成形时必须校核拉延过程中的压力机速度，以保证压力机的工作速度在板料允许的很大拉延速度内。

电气传动与交流伺服驱动

20世纪60-70年代，随着电力电子技术的发展，特别是大规模集成电路和计算机控制技术的出现，产生了交流调速系统，它克服了直流调速系统的缺点，达到直流调速同样的性能。交流调速在近30年来得到迅速发展，已经取代直流调速系统，成为电气传动的主要发展方向。据统计，在2001年世界可调电气传动产品中，交流传动已经占到2/3以上。

伺服电机传动指电动机的转速或其它参数可以按照任意的输入信号而变化。长期以来，交流伺服电机仅仅作为执行元件，应用于伺服控制系统，功率不超过1千瓦。大功率交流伺服电机及其驱动控制装置的出现，使这一技术得以应用于机械装备的主传动，成为交流伺服驱动系统。正是在这种背景下，发达国家在上世纪末期，开始了将交流伺服传动技术应用于锻压机械的研究和产品开发，出现了交流伺服电动机驱动的压力机，十多年来得到了迅速发展。