沖壓加工面臨的挑戰(zhàn)

本文介紹了沖壓加工領(lǐng)域中影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)工藝安全性以及與低成本生產(chǎn)方法之間所存在的問題。
    歐洲、美國和新加坡的沖壓加工行業(yè)面臨著同樣的問題。生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中國及其他所謂低成本生產(chǎn)的國家。那么，我們面臨的所有壓力，其最終答案是由于低成本所造成的嗎？絕對不是這樣！還有很多其他的因素，例如缺少培養(yǎng)有素的員工、生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)代化的組織機構(gòu)。
    此外，這問題并不是針對一些簡單的沖壓產(chǎn)品，而是較復(fù)雜的沖件產(chǎn)品。生產(chǎn)量越大、沖壓產(chǎn)品的壽命周期越長，對生產(chǎn)廠商就越有利。在他們面前存在著許多高效生產(chǎn)的可能性，例如他們可采用較高程度的自動化生產(chǎn)、綜合性生產(chǎn)工藝和新的工具技術(shù)等，以下僅舉幾個例子加以說明。
    談到較高程度的自動化和綜合性生產(chǎn)工藝，我們知道激光焊接工藝可以在沖壓模具內(nèi)裝配和焊接汽車連接器內(nèi)的彈簧。在沖壓加工后，客戶就可以完成一個連接器的成品。這可以使生產(chǎn)成本大幅度下降，而更重要的是可以大大提高零件的質(zhì)量。
    在汽車行業(yè)中，1PPM的零件廢品率可以說是絕對最高的要求，這也為加工生產(chǎn)提供了極大的挑戰(zhàn)，布魯?shù)聽?BRUDERER)的高速沖技術(shù)完全可以達(dá)到這樣的質(zhì)量水準(zhǔn)。還有在線激光標(biāo)記刻印機，每分鐘可刻印1400個連接器。根據(jù)汽車制造商的要求，每個零件上都要刻印標(biāo)記，以便對零件整個生產(chǎn)工藝的質(zhì)量進(jìn)行跟蹤。該激光裝置可用于所有進(jìn)貨件的標(biāo)記刻印，并對零件進(jìn)行客戶化編碼。
    這里僅舉兩個例子說明，如何通過提高生產(chǎn)效率和自動化水平來降低生產(chǎn)成本。

模具監(jiān)控系統(tǒng)
    今天，為了保證沖壓工藝的安全性和精確性，對越來越復(fù)雜的沖壓模具實施監(jiān)控是至關(guān)重要的。這不但有利于保證優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，而且可以防止模具和沖床遭到損壞同時減少停機時間，也可以避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。毫無疑問，制造商的目標(biāo)是為了提高產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本。此外，除了正常的模具保護(hù)裝置之外，布魯?shù)聽?BRUDERER)公司還專門為滑塊的定位控制提供了另一個非常有效的保護(hù)系統(tǒng)，以便達(dá)到上述的全部保護(hù)目標(biāo)。
    該系統(tǒng)的模擬傳感器在沖壓模具中的一處或多處測量滑塊下死點(BDC)的位置情況，換句話說，就是盡可能接近沖壓工藝的實際位置。傳感器是以這樣方式定位的：首先測量上模脫料板的距離，然后與輸入極限值進(jìn)行比較。如果脫料板的測量值超過了設(shè)定的極限值，那么沖床就會在幾個毫秒內(nèi)自動停止運行。
    布魯?shù)聽?BRUDERER)公司提供的沖床一般在操作速度為1000SPM時能在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)停止。這有利于對機床的保護(hù)，特別是對沖模的保護(hù)，避免因跳屑而遭受的損失，甚至還有可能發(fā)生更糟的情況，例如因誤送所造成疊料問題。到目前為止，這種方法還是以獨立的配置形式使用的，但現(xiàn)在用戶可以將這種下死點測量系統(tǒng)應(yīng)用在沖床控制系統(tǒng)之中了。
    由于早就在高性能沖床中廣泛應(yīng)用高精度和高靈敏度傳感器，因此可以使公差尺寸保持在很窄的極限范圍內(nèi)�？傊�，將公差尺寸保持在0.01mm以下是絕對沒有問題的。渦流傳感器在速度上沒有限制，其使用速度范圍可達(dá)2000spm。
    控制系統(tǒng)的編程和使用非常簡單，對用戶而言，可以不解自明。脫料板與下死點之間的距離可按照“導(dǎo)入”的方式設(shè)置。也就是說，當(dāng)操作人員在沖床運行幾個沖程后,控制系統(tǒng)將設(shè)置沖程最終的平均值作為下死點的最佳距離。在連續(xù)沖壓模式狀態(tài)下，將基準(zhǔn)值以及實際值進(jìn)行比較，而且還可以在屏幕上顯示，讓操作人員了解確切的工藝狀況。在裝有B控制系統(tǒng)的機床上可使用多達(dá)8個傳感器。在舊式機床上，也可采用B控制系統(tǒng)，以便重新配置下死點位置控制系統(tǒng)。

滑塊位置的監(jiān)測和調(diào)節(jié)
    在沖壓加工過程中，對滑塊的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)是布魯?shù)聽?BRUDERER)公司發(fā)明的BSTA沖床所具有的一個獨特性能。這種性能可以使操作人員在任何條件下都將下死點位置保持在0.01mm的狹窄公差范圍之內(nèi)。不管機床在什么樣的速度和溫度條件下運行，零件的質(zhì)量始終保持穩(wěn)定的狀態(tài)。每當(dāng)生產(chǎn)速度確定之后，溫度的變化對零件的質(zhì)量影響最大。因為在生產(chǎn)過程中，不但機床的溫度會逐漸提高，而且沖壓模具的溫度也會逐漸升高。采用渦流傳感器系統(tǒng)測定下死點位置時，機床會自動地調(diào)節(jié)其本身和模具在升溫過程中發(fā)生的位置變化。
    下死點控制系統(tǒng)與滑塊在運行過程中的調(diào)節(jié)功能相互結(jié)合，使用戶有機會在任何時候都可以將下死點位置保持在很小的公差尺寸范圍之內(nèi)。

沖床沖裁力的監(jiān)控
    另一項工藝安全措施是對沖床的沖裁力進(jìn)行監(jiān)控。布魯?shù)聽?BRUDERER)公司提供了2個或4個通道的沖裁力測定方案。這種方法可用作過載保護(hù)和工藝控制。在第一種情況之下，由于過載會使機床停止運行，其主要作用是減少機床和模具的受損風(fēng)險。警報觸發(fā)時而讓機床停止運行的極限值可供編程設(shè)置，并儲存到模具數(shù)據(jù)存儲器中。
    第二個優(yōu)點是可檢查沖床和下模的狀態(tài)，因此能夠讓用戶以主動出擊代替被動應(yīng)付的狀態(tài)。所謂被動應(yīng)付是指沖件已經(jīng)出現(xiàn)了看得見的質(zhì)量問題，并且該沖壓件即將報廢。主動出擊就是在出現(xiàn)問題前讓機床停止運行，這樣就不會造成生產(chǎn)損失，這種停產(chǎn)是可以按照計劃進(jìn)行的。
    配有B控制系統(tǒng)的機床具有沖裁力的記錄功能。在記記憶體中，儲存著沖床最后一次沖壓的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要可以重新調(diào)取使用。這組數(shù)據(jù)有助于分析評價缺陷原因。最后一次沖壓所顯示的負(fù)荷曲線也有助于提高今后的生產(chǎn)速度。例如，模具制造商可以計算出脫料板的彈簧是否“擺動”，因而提早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等。
    正如所看到的，沖床的沖裁力監(jiān)控已成為質(zhì)量控制的一個部分。如果沖床因過載而停機，操作人員就可以檢查模具，從而可確保在收料盤上不會出現(xiàn)任何損壞的零件。

工藝數(shù)據(jù)的匯集和管理
    如果有人向生產(chǎn)經(jīng)理問到在哪些地方需要優(yōu)先改進(jìn)沖壓工藝的有關(guān)問題，那么可能會得到不同的答案。有的人會說，缺少人手是一個最大的問題，另外一個人會說缺少材料是一個瓶頸問題，而第三個人覺得找到合適的沖壓模具是最大的問題。那么究竟誰說的正確呢？最好問問你自己，你的答案是什么？你知道答案嗎？
    隨著沖床的輸出信號被輸入到各個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，操作人員或生產(chǎn)經(jīng)理就有機會找到上述問題的答案了。根據(jù)停機時的有關(guān)信息和統(tǒng)計資料，用戶就會有改善沖壓生產(chǎn)工藝的可能性。根據(jù)我們的經(jīng)驗，如果常年使用這個系統(tǒng)的話，提高5%的生產(chǎn)率是絕對沒有問題的。
    提高生產(chǎn)率可以采取各種方法和措施。上述所有的優(yōu)秀特性都被集中到B-Essential控制系統(tǒng)之中，這個系統(tǒng)是專為BSTA 200-60BE型沖床而設(shè)計的。這個控制系統(tǒng)與高性能沖床結(jié)合在一起，有利于幫助用戶保持有利的競爭地位，并且提高沖壓制程的精度。
    BSTA 200-60BE Essential型沖床是專為生產(chǎn)小型高精密沖件廠商設(shè)計和制造的。
    市場的需求已經(jīng)發(fā)生了相當(dāng)大的變化，BSTA 200-60BE型沖床正是迎合了這種多變的需求。在經(jīng)過徹底和精確的市場調(diào)研以及與全世界多家客戶商談以后，用戶的要求不僅在機床的本身，而且在機床的新控制系統(tǒng)和送料裝置的設(shè)計方面也得到了提升和實現(xiàn)。
    在過去5年中，在那些必須采用沖壓加工的大量高精密微型沖件生產(chǎn)領(lǐng)域，例如電子、手表制造和汽車行業(yè)，所有事情都發(fā)生了巨大的變化。需要沖壓加工的材料越來越薄、送料長度越來越短、所要求的精度越來越高、市場價格的壓力越來越大。
    此外，隨著沖壓工藝發(fā)展而出現(xiàn)的新工藝，例如元件的組裝或沖壓件嵌入注塑成型，都要求其達(dá)到從未有過的高精度，首先是要求達(dá)到的是最高的重復(fù)精度。

自動沖床
    針對以上沖壓領(lǐng)域，所需的沖栽力并不是一個關(guān)鍵性的問題。大部分應(yīng)用領(lǐng)域中所需的沖栽力只有幾噸。因此，布魯?shù)聽?BRUDERER)新沖床設(shè)計的沖栽力保持在200kN范圍內(nèi)。這就意味著新型沖床可以在上面提到的20t沖栽力范圍內(nèi)連續(xù)操作，不會影響精度以及機床和模具的使用壽命。
    另一個特點是沖栽力為20t的沖床驅(qū)動系統(tǒng)采用了雙連桿傳動機構(gòu)。這大大提高了沖壓工藝的穩(wěn)定性和加工精度。此外，在BSTA 200-60BE型沖床中實現(xiàn)了獨特的滑塊調(diào)節(jié)功能，這種調(diào)節(jié)裝置能夠在沖壓過程中，自動地補償下死點區(qū)域所產(chǎn)生的任何偏差。
    因此，不管速度和溫度如何變化，滑塊的下死點始終能夠保持在最小的公差范圍內(nèi)。這種特點變得越來越重要，因為像嵌入注塑成型或組裝等二次工藝對沖壓件提出了更高的精度要求。為了保證生產(chǎn)線的順利生產(chǎn)，沖壓件的尺寸是不允許有任何變化的，只有采用下死點的偏移值補償裝置才能得到保證。顯然，沒有其他的任何一個特點像這個功能一樣，對零件的質(zhì)量具有更直接的影響。
    眾所周知，滑塊導(dǎo)向元件的設(shè)計和位置對模具使用壽命起著決定性的影響。模具的使用壽命是影響成本費用的最重要因素，它直接影響到產(chǎn)量、服務(wù)、成本和生產(chǎn)效益。目前有很多不同的解決方案用于分析各生產(chǎn)廠家的設(shè)計。
    布魯?shù)聽?BRUDERER)沖床的導(dǎo)向系統(tǒng)與條料在同一個水平面上，對沖床系統(tǒng)熱膨脹沒有靈敏的反應(yīng)，導(dǎo)向系統(tǒng)間隙極小。 BSTA 200-60BE型沖床的導(dǎo)向元件安裝在沖床立柱的里面。他們的設(shè)計方式能夠保證滑塊傾斜點（滑塊系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)點）與材料送料處于同一平面上。一個由液壓動力潤滑系統(tǒng)提供的液壓靜力可使傳動幅間隙降低到接近零點的水平，其特殊的設(shè)計布局可補償任何熱膨脹系數(shù)，延長導(dǎo)軌的使用壽命。
    另一方面，普通導(dǎo)向系統(tǒng)的典型布置顯示，滑塊的傾斜中心遠(yuǎn)在送料系統(tǒng)之上，在偏心負(fù)荷的情況下這將會導(dǎo)致沖頭中心偏移位置。而且，對溫度的補償幾乎沒有可能，間隙將總是比較大，因而滑塊只能通過模具導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向。
    現(xiàn)代的高精度沖模帶有由碳化鎢合金制成的沖裁元件和接近于零的切削間隙，公平的說，如果沒有精確的滑塊導(dǎo)向系統(tǒng)，那么這種沖模的使用將永遠(yuǎn)是不可能的。
    由于送料長度縮短,沖壓工部增多，沖模越來越長, 決定了BSTA 200-60BE型沖床的模具臺面長度為600mm。另外，BSTA 200還提供模具臺面長度為700mm的自動沖床。標(biāo)準(zhǔn)型自動沖床的設(shè)計采用固定式?jīng)_程。這主要是為了滿足亞洲市場的需要，因為那里的沖床主要用于電子元件的生產(chǎn)。它也提供可調(diào)式?jīng)_程為可選項，以滿足其他市場的需要。沖床最小的固定沖程為8mm，該機床的工作速度可達(dá)2 000spm。

送料裝置
    BBV 180型滾筒式送料裝置通過驅(qū)動軸機械驅(qū)動。對用戶有很多益處，送料裝置的設(shè)計和其幾何形狀使材料厚度沒有必要進(jìn)行調(diào)節(jié)。不管工藝需要什么樣的條料，其厚度已經(jīng)確定。這種加工方法有利于降低因錯誤設(shè)置而造成的風(fēng)險，而且也有利于在模具更換的時候減少調(diào)試設(shè)定的時間。它允許快速、簡潔地更換滾筒，從而提高了沖床的工作靈活性和生產(chǎn)效率。
    由于越來越多的客戶開始使用靈敏的和0.1mm以下的薄材料，因此條料的導(dǎo)向往往成了一個很大的問題。這個問題常常使工作速度下降，并導(dǎo)致更多模具和誤送的問題。送料裝置離模具的距離越遠(yuǎn)，其產(chǎn)生的問題越大。
    由于這個原因，布魯?shù)聽?BRUDERER)公司與日本三共（Sankyo）公司合作開發(fā)了一款專門為此設(shè)計的夾式送料裝置。這種VGB 20MH型專用夾式送料裝置安裝于導(dǎo)向支架之間，也就是說，其安裝位置更加接近沖模。然后再結(jié)合使用表面阻力較小的專用帶料導(dǎo)向工作臺，能夠減少，甚至解決帶料導(dǎo)向所存在的問題，這種問題往往是在使用很薄的敏感材料時發(fā)生的。
    另一個優(yōu)點是，以機械傳動代替了皮帶傳動。其驅(qū)動軸具有很高的抗磨損特性，而且完全沒有間隙，這種特性可以使機床以較高的速度起動。而且，新型送料裝置與機床公用同一個潤滑系統(tǒng)，提高了設(shè)備整體的使用壽命，并減少了維修服務(wù)所需的停機時間。

    B-Essential系統(tǒng)滿足了現(xiàn)代控制技術(shù)所需的全部要求，而且易于操作。操作員可以通過12″的觸摸屏迅速地，并以完美的結(jié)構(gòu)形式輸入所有相關(guān)的信息，或者在沖壓生產(chǎn)過程中更新和優(yōu)化這些數(shù)據(jù)。
    引導(dǎo)式的操作系統(tǒng)更主要的是集中在操作人員的能力上，其次才是機床的自動化。像動態(tài)下死點控制或自動上死點停止控制等的所有特性由控制系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行。為滿足動態(tài)滑塊高度補償?shù)奶匦孕枰�，開發(fā)了一種新型動態(tài)下死點控制系統(tǒng)。根據(jù)模具的個別參數(shù)，這種動態(tài)下死點糾正裝置可允許在沖壓過程中來設(shè)置滑塊的補償值。
    用戶也可將大量的模具設(shè)定值儲存到模具數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，這樣可以簡化模具的重新設(shè)置，使錯誤設(shè)置的風(fēng)險降低到最低，而且也可以使模具重新設(shè)置所耗費的時間減少到最低。因此，有利于提高產(chǎn)量，并且可以更大程度地提高沖壓生產(chǎn)線的利用率。
    控制系統(tǒng)的硬件是以這樣方式配置的：系統(tǒng)內(nèi)取消了一切旋轉(zhuǎn)元件，例如像通風(fēng)機和硬盤。這有利于使硬件的故障風(fēng)險減少到最低，從而更好地提高機床的性能和可靠性。