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世界發達國家金屬板材加工的一些新趨勢
發表時間:2009-03-20 08:23:09; 來源:
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世界發達國家金屬板材加工的一些新趨勢
1． 激光的應用更加廣泛。
激光焊接和切割主要應用在汽車行業，最適合加工厚度2mm的板材，有資料表明歐美發達國家的汽車零部件有50％－70％是激光加工完成，從最近的趨勢看，對于中厚板切割，激光切割也能很好地完成。激光焊接成為大汽車廠的標準工藝，它將不等厚度和不同材質的板材緊密焊接在一起，既可以保證受力部分有足夠的強度，又可減輕不必要的重量，提高了車身的鋼性和安全性，同時也降低了噪聲。但是激光焊接的缺點也很明顯，即投資巨大，非中小企業能夠承擔，對工件的裝備精度和定位精度高，否則就容易出焊接缺陷。
為了彌補上述缺陷，本次展會推介了日趨成熟的激光－電弧混合焊接系統，該系統對單純的激光焊接和電弧焊接進行了揚長避短，用激光束有效地控制和穩定電弧，減少了熱量的使用，使焊接速度更快（有的速度提高達60％）、更穩定，焊縫可以更大、流動性更好，焊接的金屬厚度更厚，金屬性能也更佳，這樣中小企業的投資也變得合算了?；旌虾附拥臋C器人在快速發展的運輸和能源行業運用很廣泛，尤其是風電和管道輸送線等大零部件焊接領域。
激光切割應用了多年，技術相對成熟，它最近新發展則主要在將激光加工集成到其他的加工領域。目前一個顯著的例子是由來自6個國家30家企業和科研院所組成一個合作機構，啟動了一個名為PROFORM的研究計劃，目的是綜合輥壓成形、激光和電磁成形三項技術形成一種新的輥壓成形技術，主要用來生產汽車底盤和車身零部件。
輥壓成形相對于傳統的拉深技術，有靈活性高和投資低的特點，適合目前汽車行業車型變化快、零部件批量少、種類多、生產響應時間短的特點。但是高強鋼在車身的應用越來越多，使用傳統的輥壓成形技術，意味著要調整和增加相應的裝置來提高成形壓力和防止成形后反彈。
加入激光和電磁成形技術之后，用高強鋼生產新的零部件的時候，沒有必要開發整套的輥壓模具了，具體是怎樣實現的呢？根據筆者搜集的資料理解，激光在新技術中的應用分為兩種，一種是激光輔助成形，可用于V型折彎、線材拉伸、輥壓和深拉伸工藝中，具體到輥壓成形工藝的應用，就是在輥壓模具成形前，用激光束對即將變形最顯著的狹窄區域加熱，改變板材的塑性能力，減少模具成形的壓力；另外一種是應用激光直接成形，把不聚焦的激光束照射在板材上，通過加熱（但是不會使材料熔化）產生的內應力成形折彎，這個過程和廣泛應用于航海工業中的火焰彎曲工藝相似，整個過程不需要借用任何外力，其最顯著的優點就是成形之后不會有任何反彈。這項技術對精確控制激光的能力相當高，只有這樣，才能控制成形過程中的各種參數，生產出想要的形狀。
激光在板材加工的另外一個應用就是用激光覆熔金屬陶瓷表面，例如在非常薄的板材表面鍍上一層0.1-1.2mm的膜，提高表面的耐磨性能，同時降低表面粘附力。目前正在研究何種程度的鍍膜不會引起板材的翹曲。
此外，激光不僅僅用來加工零部件，還用來修整模具，改善模具的表面質量。為了降低重量，鋁材和高強鋼大量應用于各種結構件。在剪切的過程中，這些材料會給模具造成巨大磨損和粘附性磨擦。用激光散射鍍膜，例如給剪切模具鍍二氧化鋯膜之后，可以延長模具壽命。
總而言之，激光在金屬板材加工的應用越來越廣泛，朝著降低成本和提高生產效率的方向發展。
2.伺服驅動技術遍地開花
伺服驅動在壓力機上應用的設想很早出現，是日本人將其發揚光大，稱之為壓力成形加工行業的一次新的革命。在2006年的展會上，伺服驅動的沖床還主要是日本會田、小松、天田、山田、村田、臺勵福等亞洲企業孤芳自賞，歐洲只有少數壓力機企業如BRUDERER、ARKU、LVD、DREHER展示了這方面的應用，其他的還主要是在壓力機周邊設備上有一些零星的展示。
但是在今年歐洲的展覽會上，印在壓力機和自動化設備身上醒目的“SERVO”字樣比比皆是，伺服驅動和控制產品覆蓋壓力機、折彎機、管材及線材成形機械、旋壓機等多個領域。
那么伺服驅動的優點究竟在哪里呢？根據日本鍛壓機械工業協會前秘書長中原洋一先生在最近和中國鍛壓協會合作出版的《沖壓加工的變革－現代沖壓技術生產要點》一書的總結，伺服壓力機的出現是為了相應如下幾個方面的變化：加工的原材料多樣化、加工工序多樣化、模具構造多樣化、產品小批量和多樣化、用戶個性化加工系統興起。這些要求轉化為技術的要求就是：盡可能加快滑塊與零部件非接觸的運動時間，即縮短非壓力作用時間，同時延長壓力作用時間，即放緩滑塊和材料接觸的速度，并在下死點保壓一段時間，以達到減少材料應力，防止變形回彈、延長模具壽命的目的。此外壓力機還要保持足夠的打擊能量，能與數控系統結合起來，方便設置加工程序。這些是傳統的壓力機不能滿足的，因為傳統壓力機只要求機身有足夠的鋼性，滑塊長時間地精確地往復運動，對模具之間的材料施加壓力就可以了，它的工作曲線是固定的，行程和速度不可調節，完全沒有考慮柔性生產的概念。
伺服壓力機的出現則很好地滿足了上述需求，它將傳統壓力機上的飛輪、離合器、剎車部分置換為伺服電機直接驅動，可根據不同的生產需要設定不同的行程長度和速度。它最為神奇的是即使滑塊速度很慢，滑塊的打擊能量和扭距依然能保持不變，這個特點，使得滑塊可以在包括下死點在內的任何地方停止、保壓，尤其和材料“軟接觸”和下死點停留，極大地緩和了材料內應力，配合伺服壓力機標配的線性光柵尺，最終能生產出類似精沖效果的高質量零部件，精度最高可達到微米級，可防止毛刺和撕裂等故障出現，節省去毛刺、點焊、模內攻絲等后續工序；模具受沖擊小，使用壽命延長；此外，伺服壓機還有噪音低、維護簡單、節能等優點。和同等的傳統機械壓力機相比，有專家實證研究過，300噸的伺服壓機和同噸位機械壓力機在75％的公稱力下持續運行，其者要節省3－4成的電能。
自2006年以來，中國鍛壓協會沖壓委員會一直在不易余地地向業內企業推介伺服驅動的概念，一些零部件企業采用之后，生產效率得到了10％－30％的提升。目前設備領域，由于這樣技術的高難度，只有少數企業生產出了樣機，還沒有形成批量的生產，這使得目前伺服壓力的價格也是居高不下。我們衷心希望國內沖壓和鈑金設備生產商能夠抓住這一波方興未艾的技術潮流，研發出性價比優異的設備和輔助設備。
(齊俊河 劉明星)
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