伺服冲压，潜力无限

是的，与老式机械冲压机相比，直驱伺服机械冲压机通常能够以更高的冲程率加工现有模具。而且，由于可以控制冲压速度和冲程中可任意转向，伺服冲压机通常可以更好地控制高强度材料的成形和冲孔效果，控制回弹，限制反向吨位。

 

但是，人们常常对伺服冲压机的投资回报（ROI）视而不见。它可以加快并简化新工具和新零件面市的过程。举个例子：EngelDiversifiedIndustries公司是一家位于美国明尼苏达州乔丹市的家族企业，有一台冲压能力达到330吨的新型伺服冲压机，不仅有能力制造客户提出的加工难度较大的零件，还能满足客户缩短现有零件以及新加工项目交货周期的要求。

 

EngelDiversifiedIndustries公司安装的是一台AidaDSF-N2-3000型冲压机，冲压能力为330吨，冲压尺寸范围94×35英寸，最大冲程12英寸。在这台冲压机进厂后，这家公司就将许多难加工的工具和零部件从原有的老式300吨机械冲压机，转移到这台机器上了。

 

 

EngelDiversifiedIndustries公司总裁StuartRubin表示，“我们是一家产品组合多元化的一级和二级供应商，但我们的根基是金属冲压和工具制造。”1988年，JackEngel创建了EngelDiversifiedIndustries公司，为广泛领域的客户提供服务——“我们努力不让任何单一领域客户在我们业务比例中占比超过15%，”Rubin说。这家公司的服务领域遍及汽车、医疗、电气、航空航天、国防以及一般工业市场。零件尺寸趋于中小型——“大多数零件都能被纳入18×24英寸的模具中。”Rubin说。零件生产的常用批量为2,000至20,000个。

 

EngelDiversifiedIndustries公司的冲压车间共有35台冲压机，包括3台液压深拉机。生产经理KenHandzel解释说，“我们有两台冲压能力达到300吨的冲压机，这样就能确保我们总有一台机备用。”EngelDiversifiedIndustries公司最乐于完成的冲压任务，是厚度范围在18至10级的金属薄板。“然而，通过加工更厚（7级和8级）的金属板以及更高强度的钢材，我们可以进一步开拓汽车市场。在那个领域，新的伺服冲压机无疑是更有竞争力的。”

 

过去，当EngelDiversifiedIndustries公司想要在设备清单上增加冲压机时，一般会选择购买二手设备。然而，这一次，当现有两台300吨冲压机中有一台显然已到达它的使用寿命时，Rubin和他的团队把目光投向了全新设备。

 

“我们发现二手市场上存货相当少。”Rubin回忆道，“所以，在我们决定要购买全新设备时，很快就决定采购伺服机。因为与老式机械冲压机相比，伺服技术能实现的功能更多。”

 

EngelDiversifiedIndustries公司的管理团队与其分销商兼集成商TCR集成冲压解决方案公司合作，基于整个系统的成本，分析了相关数字，发现额外购买一台伺服冲压机的价格是合理的。

 

TCR公司老板ToddWenzel和Rubin一起，开发了一条全新的高端冲压生产线，不仅有冲压机，一台冲压能力为1万磅的基于伺服技术的Coe冲压送卷生产线，可实现吨位监测和特征分析的最先进的压力控制器，能输送客户定制的零件并处理废料的系统，以及符合美国国家标准学会（ANSI）和美国职业安全与健康管理局（OSHA）要求的防护装置。“完全不需要操作员输入，”Wenzel说，“确保任何时候都能安全运行。”

 

 

新冲压机于2019年8月安装运行，接管了之前在这家公司老式300吨机械冲压机上加工的几件模具作业，在产量、质量和整体性能方面都取得了显著的收益。Handzel说，“我们正在加快运行速度（采用钟摆模式），提高尺寸精度（控制行程，让活塞在冲压底部停留），提高打磨间的模具寿命（减少反向吨位）。”

 

Handzel以一个较新的部件——由高强度低合金（50级）钢制成的跑步板支架加工为例，对比前后冲压：在公司那台老式300吨冲压机上加工这个部件时，遇到了一些挑战，最头痛的是没法让其中一个部件的成形片弯曲角度保持一致。

 

他表示，“因为卷材与卷材之间的材料特性不一致，以及难以预测的回弹，我们在按规格制作这个片上遇到了难题。现在，只要运行伺服器上的工具，装上一张新卷材时就能迅速调整停在底部的活塞，将那个很难折弯的角制出，尺寸满足公差要求，然后我们还可以用这个设置继续处理剩下的卷材。”

 

EngelDiversifiedIndustries公司以钟摆模式制作这款支架，冲程率达到老式冲压机的两倍以上。

 

 

“这台冲压机及其辅助设备的投资回报率高，除了能增加生产速度外，还有一个关键因素，”Rubin补充说，“比如在这个特殊的零部件加工中，实现了最低反向冲压吨位，这样我们就能将活塞放慢到即将到达贯穿点，有利于延长工具寿命。现在，我们可以制造数量比以前多两三倍的零件。这个工具过去的损坏率相当高，现在几乎没有这种麻烦了。其他工具也因这台冲压机而获益匪浅。”

 

所有这些因素合在一起，这款支架的总制造速度显著提高了——之前每小时产出488件，现在每小时1,000件。当然，随着运行速度增加，在零件和废料处理方面也出现了技术挑战。在Wenzel的帮助下，EngelDiversifiedIndustries公司设计了一个程序，利用冲压机发出的信号自动停止、启动传送带。“一切都由一个中央控制仪负责管理，”Rubin说，“包括卷板生产线。”

 

 

说到卷板生产线，它的卷板冲压能力高达1万磅，配有一辆新的卷材运送车，对比之前老式300吨冲压机上的6,000磅卷板生产线，效益显著。

 

“这条高容量卷板生产线是一台Coe机型，额定加工卷板宽度30英寸，厚度¼英寸，可存10英寸宽，明显降低了需要更换卷板的频率，增加了冲压时间。”Handzel说。

 

此外，这款新的卷板生产线还有一个独特的优点，就是装备更精良，可以平整更高等级强度的钢材。在此之前，我们负责换卷的团队常被需要平整每张卷板的前缘这个难题困扰，上新卷时常会出现大量废料。现在，每张卷板的前缘就是平整的。”

 

“Coe允许用户为每个作业步骤输入材料属性的软件，”Wenzel解释说，“还有送卷控制自动计算矫直辊设置。直到现在，对许多冲压商来说这还像是种‘神奇力量’。”

 

EngelDiversifiedIndustries公司以旧换新，还实现了更快的换卷速度。一名操作员可以在5至10分钟内安全地更换卷板，包括上紧螺纹，“这在很大程度上要归功于新机器更强的压紧力以及其他安全设备等特殊功能，”Rubin说。“而我们另一台300吨冲压机则需要一个由三名操作员组成的团队，花上30分钟才能更换卷板并上紧螺纹。”

 

 

这条卷板生产线还配有一个自动润滑系统。“现在谁也没有多余的维护能力，”Wenzel说：“通过添加自动润滑系统，我们可以避免不必要的磨损，并最终维护卷板生产线。在TCR集成冲压解决方案公司，我们修理了大量的送料线，很多损坏都是因为预防性维护不当造成的。”

 

 

伺服冲压机具有很好的通用性，下面是另一个例子：它也能完成以前只能在液压机上做的拉伸作业。

 

“我们现在正在开发用伺服冲压机深拉成形罐的工艺，从厚度0.025英寸的不锈钢开始。目前要完成这个作业，在液压机上运行需要分为8个步骤，”Handze指出，这个流程之外还有一个退火步骤。“我们认为可以将新型伺服冲压机上的拉伸步骤从4个减到3个，同时取消拉伸之间的退火步骤，这能带来更多的加工可能性，因为我们需要制造大量的深拉成形零件。”

 

4月底，Handzel在伺服冲压机上进行了深拉成形罐的操作。

 

 

除了将一些现有的工具移至伺服冲压机外，该公司还引入了一些检验工具在伺服机上运行，平均每月大约两个这样的工具。伺服冲压机的独特性能再一次取得成效。

 

Handzel称，“大多数（如果不是全部）检验工具的到来，都会为我们带来一系列独特的挑战。但这台伺服冲压机依然带来了不少好处：能够切换手轮和步进模式，将活塞逐英寸压下，看在满负荷条件下材料在每个模具站到底被加工到什么程度。我估计使用伺服冲压机可以减少至少30%的检测工具调试时间。”

 

“而且，”Rubin补充道：“一旦我们让检测工具有效地运行起来，就会给我们带来竞争优势，不合格的零件不会轻易地被带离我们的车间。”

 

 

Rubin指出：在短短几个月的时间里，投资采购这款新型伺服冲压机上的诸多好处已经显现，随着EngelDiversifiedIndustries公司团队越来越熟悉它的操作细节，利用伺服冲压机的功能，设计和开发特定的新工具，这就意味着模具站减少，“为了证明和优化这些概念，我们将在冲压机中运行模拟加工。对此，我们将使用新采购的Logopress3模具设计软件，”Rubin说，“此外，我们还将利用一次冲程内再次冲压的性能，来减少再次冲压模具站的数量，减少刀具尺寸和成本。”

 

“基于我们现今已经得到的诸多好处，”Rubin总结道：“非常保守地估计，最多5年就能收回投资。这个未来指日可待。”