讓客戶更具全球競爭力!-MFC《金屬板材成形》雜志 | 金屬成形商務咨詢(北京)有限公司-MFC(深圳)沖壓與鍛造展覽會

日本金屬板材成形加工最前線

文 | 中原洋一
翻譯 | 劉麗欽·天田(中國)有限公司

金屬板材成形加工大致分為“沖壓加工”和“鈑金加工”兩大類。這兩種類型最大的區別是:一個是使用專用模具加工一種類型的產品,另一個是使用通用模具加工多種產品。一般會根據產品的尺寸、加工工序、生產數量以及要求的加工精度決定選擇哪種加工形態。

本篇以“沖壓加工”和“鈑金加工”的形勢演變作為“日本金屬板材成形加工最前線”的主題,進行以下講解。

金屬板材成形的起源

在日本,金屬加工有數千年的歷史,其起源為我們揭開了豐富多彩的文化和文明的神秘面紗。所謂“金屬加工是一門科學,是一種技術,是一種趣味,也是一種產業?!备鞣N礦石的發現和精煉技術的取得成為了金屬加工的起源。從此產生了具有可塑性和延展性的金屬。因此,各種道具和裝飾品的制作也成為了可能,如圖 1 所示。

 

金屬加工大致分為“成形”、“切削”,“接合”三種。另外,作為組裝成形技術,金屬 3D 打印也開始嶄露頭角。這一“附加制造技術”或許也可以作為特殊的案例供大家參考。這些加工方法和工序各有所長,“成形”加工是將無需去除部分金屬材料就可以使其變形的加工方式,“成形”工藝是通過加熱、施加壓力或機械力等實現的。另外,這種加工方法與其他加工方法相比,效率極高?!俺尚巍奔庸び址譃椤八苄约庸ぁ焙汀拌T造”兩大類。

所謂“塑性加工”,就是通過給材料施加巨大壓力使其變形,利用物質的可塑性,將其加工到目標形狀的加工手法?!八苄约庸ぁ钡姆秶浅V泛。切割、折彎、拉伸、鍛造、擠壓、滾壓、抽拉、滾壓、旋壓、電火花成形等都屬于“塑性加工”的范疇,粉末成形和金屬板材成形都是“塑性加工”的一種。

那么,看看我們周圍的生活環境吧。雖然生活用品中有很多非金屬產品,但是提到“結構件”、“器械”“車輛”等,如在圖 2、圖 3、圖 4 所示的產品構成中,金屬加工不可或缺。

圖1 日本刀 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2 電腦零件

圖 3 沖壓加工的注射針 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖 4 沖壓加工的門把手

目前,乘用車零件構成中金屬加工的使用比例(重量比)超過 75%,其中,板材成形的超過 70%,如圖 5 所示。

 

創造附加價值的時代

在日本的制造業中,每個產業都有各自的產業愿景。金屬板材成形行業愿景之一就是推動汽車產業的輕量化、減輕引擎的負擔、改善能量效率、改良內燃機和開發新引擎。另外,還有一大愿景就是強化 5 大戰略領域(基礎建設相關的系統、解決環境和能源問題、時尚等文化產業、醫療和護理等服務產業、機器人&宇宙等尖端產業的技術對應能力。

將汽車產業作為一大領域,針對這 6 個產業創造金屬板材成形的附加價值。即:使用有價值的最新鍛壓機器,培育 6大行業中各產業所需的產品的制造技術。這就是鍛壓業界的“創造附加價值”。

日本的塑性加工行業揭示的 4 大技術要點

日本的鍛壓業致力于在國內外各產業宣傳最新技術,包含以下 4 點:⑴伺服壓力機的加工技術;⑵精密鈑金加工技術;⑶專用加工機 & 系統;⑷各種鍛造技術。

伺服壓力機,使沖壓加工產生變革

在金屬加工方法中,最經濟的加工方法就是“沖壓加工”。但是隨著伺服壓力機(圖 6、圖 7、圖 8)的普及,加工更靈活,擴大了加工范圍,還實現了難加工產品的加工。另外,還具有節能、改善震動、噪音環境的優點。


圖 5 汽車的金屬零件 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 6 AMADA 伺服壓力機 ? ? ?圖 7 小松伺服壓力機

圖 8 放電精密加工研究所伺服壓力機


伺服壓力機可以根據材料材質、板厚、加工種類和加工部位自由地設定加工速度、滑動動作的動作位移,使以往無法實現的沖壓加工成為可能,還大幅削減了工序。

接下來我們來看一看最近的伺服壓力機的加工變革事例。圖 9 是馬達外殼的深拉伸零件。1mm 板厚的材料進行拉伸時,加工速度和產品溫度有著密切的聯系。使用加工材質為 SPCC 和高抗張強度鋼板(590N/mm2)進行比較。將壓力機的曲柄運動和軟性運動進行比較時,發現加工 SPCC 材料時,曲柄運動和軟性運動會產生 5℃的溫度差,加工高抗張強度鋼板時,采用不同的運動模式,會產生 10℃的溫度差。加工后的溫度變化,會給產品的精度帶來巨大的影響,同時還會對模具壽命產生非常大的影響。

以往,材料硬度越高、拉伸率越大的加工,加工后的瞬間溫度可能超過 100℃,可以說,今后能否通過改變運動模式,最大限度地控制溫度上升,將會對產品精度和模具壽命造成越來越大的影響。另外,不得不提到的一點是,伺服壓力機可以在加工時減緩速度,而且加工單個零件的時間、加工速度可達到普通壓力機的同等速度。也就是和以往的壓力機產量相同。伺服壓力機具有加工精度高、模具壽命長、生產效率高等優點,何種機器更受今后沖壓加工的青睞,相比之下一目了然。

伺服壓力機能夠針對加工產品、材料材質、模具構造、加工工程中影響產品精度的加工部位等條件進行精確詳細地
設置。

隨著伺服壓力機的進化,模具緩沖墊的伺服化也得到了快速發展。模具緩沖墊設置在壓力機的下部,墊板的下面,與上部下壓的同時從下部對材料施加壓力,是一種保證拉伸加工、折彎加工形狀穩定、提高加工精度的裝置。與以往的空氣緩沖墊和優雅緩沖墊不同,伺服馬達驅動的“伺服下模緩沖墊”可以針對滑動動作,發揮高度同步性,對加工靈活
度極高的伺服馬達來說,是最佳的下模緩沖墊。對難以加工的產品來說是一個不可或缺的重要因素。

另外,最近的“可追溯性”已經成為了加工中一大熱門問題。所謂“加工可追溯性”,也就是“加工記錄”、“加工追蹤的可能性”的意思。也就是說,能否再現具有價值的加工及其加工手法。如果在伺服壓力機上設置了各種數據的收集功能、模具識別功能,那么就能實現這個“可追溯性”。

精密鈑金加工技術的進化

1934 年,美國的 Wiedemann Machine Co. 公司開發的手動式轉塔壓力機如圖 10 所示(村田機械株式會社收
蔵)。之后進化到圖 11 的電動式,現在進化到圖 12 的“NC轉塔沖床”。

這里有一組非常有趣的數據。2008 年日刊工業新聞社發表了如圖 13 所示數據。從中可以看出“鈑金加工”是使用各種工具和機械裝置制作出產品的加工工序的總稱。使用的工序最多的是“沖切、折彎”、“焊接”“拉伸”的加工順序,這 3種占整體的 63%。當然目前激光加工逐漸替代了沖壓加工。

圖 9 馬達外殼

圖 10 手動式轉塔壓力機? ? ? ? ? ??圖 11 電動式轉塔壓力機


圖 12 NC 伺服沖床

圖 13 鈑金加工中各種工序的使用頻率順序


激光加工機的發展促進了“精密鈑金加工”?!熬茆k金加工”要求高尺寸精度和表面處理的美觀度,折彎尺寸公差為 ±0.1mm 的高精度是其最大的特點。如果說 NC 數控沖床是鈑金加工的原點,那么折彎加工的主力設備“NC 數控折彎機(圖 14、圖 15)”的進展就是“精密鈑金加工”的原點。

? ? ?

圖 14 小松伺服折彎機 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖 15 相澤鐵工所伺服折彎機

“折彎加工”中,有工作臺(折彎機的滑動部)的停止位置和后定規的尺寸設置等技術,能夠決定產品優劣的是加工條件的設定。因此,主要因材料回彈影響而難以預測加工精度的折彎加工,大多使用集約了加工技術的 CNC 數控折彎機。因為大多使用通用模具,所以很難對應不同材質、板厚和尺寸的各種產品,正因為對應有難度,才催生了機器的
進化。而且,將熟練技能工的技術融合到機器軟件中,實現了“精密折彎加工”。

那么,接下來筆者為大家介紹一下能夠給今后的“精密折彎加工”帶來巨大影響的研究。就是“不會引起回彈的 V折彎要點”,是實現無回彈 V 折彎加工的過程。

【把握】 為什么會產生無回彈現象?

折彎部位的回彈原因和折彎邊回彈引起的“反彈”產生平衡,除壓后不打開也不關閉,得到不反彈現象。這是通過在加工中對板材的內部應力狀態解析和試驗后,得出的結論。

【驗證】在什么時間停止上模行程,會產生無回彈現象?

在加工時,測量上模肩部與板材接觸時的荷重(角度最小狀態下的荷重),該荷重的幾倍數會產生無回彈現象?還可以驗證從折彎角度到發現無回彈狀態時的上模行程位置。預測每次加工的該行程位置,在達到無回彈荷重時,停止折彎機上工作臺下降,這樣就能確認發現無回彈狀態的位置。

【考案】 無回彈時,要進行指定角度?

折彎,可以通過改變上模尖端角度,以產生不回彈現象的角度。如果使用合適的上模尖端角度的模具,可以在指定角度產生不回彈現象,實現精密折彎加工。

【開發】 可以自由設定上模肩寬的機器構造?

沒有斜面的上模也可以進行 V 折彎加工,通過自由改變上模肩寬,以改變上模尖端角度,“自由上?!钡闹谱髋c折彎機本體聯動的團建制作,可以實現無回彈自動加工。

【課題解決】 要在加工中確定加工工板材的 n 值(加工硬化指數),通過改變加工板材的材質和板厚進行試驗得到「α90」。

專用加工機器 & 系統的進化

根 據 壓 力 機 的 加 工 用 途, 產 生 了 從 5t 的 小 型 機 到5000t 的大型壓力機。值得一提的是,深拉伸加工和精密沖裁等不同加工的專用機器 & 系統、順序加工、轉移加工、高速精密加工等不同加工形態的專用機器 & 系統都在不斷進化。當客戶問道“什么樣的加工應該使用什么樣的機器 &系統”這樣的問題時,提供能解決相應問題的機器是一種方法,針對不同加工的機器 & 系統正在快速發展,向用戶展示選擇的簡單性,追求集約的優點也是一種方法。

 

?

高速精密壓力機

下面重點突出的沖壓機器群是高速精密沖壓生產系統,用來生產生活中如:手機零件、電腦零件、鐘表、汽車、醫療器械等先進產品中不可或缺的小型精密成型零件(圖16)。

 

圖 16 汽車電裝零件

市場上開發了擁有 0.001mm 超高精度的、每分鐘4000 轉速進行量產電裝零件的超高速機器等的專用加工機器,如圖 17 所示。

圖17 ?能率機械高速精密壓力機

實現高速精密加工的另一個重要支撐就是提高“馬達機芯”的生產效率。

馬達廣泛用于汽車、空調等各種機械、機器裝備。例如:現在的每臺汽車中大約使用 100 多個馬達,由此可以看出馬達的生產量是龐大的,可以說馬達的耗電量占整個地球上耗電量的一半。由此可見,市場要求高速馬達機芯加工系統能夠徹底解析馬達,實現高速化、精密化、低噪音化、減少CO2 排出量、還要求節省設置面積、降低運行成本。

其他專用加工機器系統

之前我們已經了解到塑性加工的運用范圍非常廣泛。其加工以切斷、彎曲、拉深、壓縮加工的基本形式衍生出來,形成了焊絲成形、管材成形、粉末成形等無限擴展的加工范圍。構成這些加工系統的要素以各種材料供給裝置為代表,包含模具、自動化設備、供油裝置、安全設備以及后道工序的焊接、表面處理、熱處理設備等,堪稱集包含馬達、軸承和各種傳感器等綜合基本要素于一體的集大成者。

結束語

享譽世界的日本技術主題有很多,塑性加工領域的生產技術也屬于其中一大主題,并且正在日趨進步中。

歡迎轉載,但請注明出處。金屬板材成形之家-MFC金屬板材成形雜志/金屬成形商務咨詢(北京)有限公司-MFC《金屬成形智造》雜志 » 日本金屬板材成形加工最前線

分享到:更多 ()

添加我的信息到《金屬板材成形》發行庫

聯系我們獲取資料
亚洲国产一级无码中文字