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世界发达国家金属板材加工的一些新趋势
发表时间:2009-03-20 08:23:09; 来源:
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世界发达国家金属板材加工的一些新趋势
1． 激光的应用更加广泛。
激光焊接和切割主要应用在汽车行业，最适合加工厚度2mm的板材，有资料表明欧美发达国家的汽车零部件有50％－70％是激光加工完成，从最近的趋势看，对于中厚板切割，激光切割也能很好地完成。激光焊接成为大汽车厂的标准工艺，它将不等厚度和不同材质的板材紧密焊接在一起，既可以保证受力部分有足够的强度，又可减轻不必要的重量，提高了车身的钢性和安全性，同时也降低了噪声。但是激光焊接的缺点也很明显，即投资巨大，非中小企业能够承担，对工件的装备精度和定位精度高，否则就容易出焊接缺陷。
为了弥补上述缺陷，本次展会推介了日趋成熟的激光－电弧混合焊接系统，该系统对单纯的激光焊接和电弧焊接进行了扬长避短，用激光束有效地控制和稳定电弧，减少了热量的使用，使焊接速度更快（有的速度提高达60％）、更稳定，焊缝可以更大、流动性更好，焊接的金属厚度更厚，金属性能也更佳，这样中小企业的投资也变得合算了。混合焊接的机器人在快速发展的运输和能源行业运用很广泛，尤其是风电和管道输送线等大零部件焊接领域。
激光切割应用了多年，技术相对成熟，它最近新发展则主要在将激光加工集成到其他的加工领域。目前一个显著的例子是由来自6个国家30家企业和科研院所组成一个合作机构，启动了一个名为PROFORM的研究计划，目的是综合辊压成形、激光和电磁成形三项技术形成一种新的辊压成形技术，主要用来生产汽车底盘和车身零部件。
辊压成形相对于传统的拉深技术，有灵活性高和投资低的特点，适合目前汽车行业车型变化快、零部件批量少、种类多、生产响应时间短的特点。但是高强钢在车身的应用越来越多，使用传统的辊压成形技术，意味着要调整和增加相应的装置来提高成形压力和防止成形后反弹。
加入激光和电磁成形技术之后，用高强钢生产新的零部件的时候，没有必要开发整套的辊压模具了，具体是怎样实现的呢？根据笔者搜集的资料理解，激光在新技术中的应用分为两种，一种是激光辅助成形，可用于V型折弯、线材拉伸、辊压和深拉伸工艺中，具体到辊压成形工艺的应用，就是在辊压模具成形前，用激光束对即将变形最显著的狭窄区域加热，改变板材的塑性能力，减少模具成形的压力；另外一种是应用激光直接成形，把不聚焦的激光束照射在板材上，通过加热（但是不会使材料熔化）产生的内应力成形折弯，这个过程和广泛应用于航海工业中的火焰弯曲工艺相似，整个过程不需要借用任何外力，其最显著的优点就是成形之后不会有任何反弹。这项技术对精确控制激光的能力相当高，只有这样，才能控制成形过程中的各种参数，生产出想要的形状。
激光在板材加工的另外一个应用就是用激光覆熔金属陶瓷表面，例如在非常薄的板材表面镀上一层0.1-1.2mm的膜，提高表面的耐磨性能，同时降低表面粘附力。目前正在研究何种程度的镀膜不会引起板材的翘曲。
此外，激光不仅仅用来加工零部件，还用来修整模具，改善模具的表面质量。为了降低重量，铝材和高强钢大量应用于各种结构件。在剪切的过程中，这些材料会给模具造成巨大磨损和粘附性磨擦。用激光散射镀膜，例如给剪切模具镀二氧化锆膜之后，可以延长模具寿命。
总而言之，激光在金属板材加工的应用越来越广泛，朝着降低成本和提高生产效率的方向发展。
2.伺服驱动技术遍地开花
伺服驱动在压力机上应用的设想很早出现，是日本人将其发扬光大，称之为压力成形加工行业的一次新的革命。在2006年的展会上，伺服驱动的冲床还主要是日本会田、小松、天田、山田、村田、台励福等亚洲企业孤芳自赏，欧洲只有少数压力机企业如BRUDERER、ARKU、LVD、DREHER展示了这方面的应用，其他的还主要是在压力机周边设备上有一些零星的展示。
但是在今年欧洲的展览会上，印在压力机和自动化设备身上醒目的“SERVO”字样比比皆是，伺服驱动和控制产品覆盖压力机、折弯机、管材及线材成形机械、旋压机等多个领域。
那么伺服驱动的优点究竟在哪里呢？根据日本锻压机械工业协会前秘书长中原洋一先生在最近和中国锻压协会合作出版的《冲压加工的变革－现代冲压技术生产要点》一书的总结，伺服压力机的出现是为了相应如下几个方面的变化：加工的原材料多样化、加工工序多样化、模具构造多样化、产品小批量和多样化、用户个性化加工系统兴起。这些要求转化为技术的要求就是：尽可能加快滑块与零部件非接触的运动时间，即缩短非压力作用时间，同时延长压力作用时间，即放缓滑块和材料接触的速度，并在下死点保压一段时间，以达到减少材料应力，防止变形回弹、延长模具寿命的目的。此外压力机还要保持足够的打击能量，能与数控系统结合起来，方便设置加工程序。这些是传统的压力机不能满足的，因为传统压力机只要求机身有足够的钢性，滑块长时间地精确地往复运动，对模具之间的材料施加压力就可以了，它的工作曲线是固定的，行程和速度不可调节，完全没有考虑柔性生产的概念。
伺服压力机的出现则很好地满足了上述需求，它将传统压力机上的飞轮、离合器、刹车部分置换为伺服电机直接驱动，可根据不同的生产需要设定不同的行程长度和速度。它最为神奇的是即使滑块速度很慢，滑块的打击能量和扭距依然能保持不变，这个特点，使得滑块可以在包括下死点在内的任何地方停止、保压，尤其和材料“软接触”和下死点停留，极大地缓和了材料内应力，配合伺服压力机标配的线性光栅尺，最终能生产出类似精冲效果的高质量零部件，精度最高可达到微米级，可防止毛刺和撕裂等故障出现，节省去毛刺、点焊、模内攻丝等后续工序；模具受冲击小，使用寿命延长；此外，伺服压机还有噪音低、维护简单、节能等优点。和同等的传统机械压力机相比，有专家实证研究过，300吨的伺服压机和同吨位机械压力机在75％的公称力下持续运行，其者要节省3－4成的电能。
自2006年以来，中国锻压协会冲压委员会一直在不易余地地向业内企业推介伺服驱动的概念，一些零部件企业采用之后，生产效率得到了10％－30％的提升。目前设备领域，由于这样技术的高难度，只有少数企业生产出了样机，还没有形成批量的生产，这使得目前伺服压力的价格也是居高不下。我们衷心希望国内冲压和钣金设备生产商能够抓住这一波方兴未艾的技术潮流，研发出性价比优异的设备和辅助设备。
(齐俊河 刘明星)
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