本帖最后由 害怕伏枥 于 2011-1-9 10:40 编辑
! N) ?4 b5 ]4 l; s& a2 C
]; L ~) H# t/ h通过“板锻造”成型摆线齿轮,EV减速器成本降至1/10
a) v+ ?9 ?0 p2 p
( _4 d9 k) K$ X实现残余应力影响较小的工序设计 6 I( i1 l5 h, g6 ]* Z2 }/ z; t4 m
5 L8 H/ U$ {) a+ r' X3 j4 v% y 要想通过板锻造方式使既大又厚的部件如此高精度地成型,就必须对大型的顺序模具进行高精度加工。通常,模具越小要求的精度越高,越大则精度要求则相对较低。例如,由于小的电子部件等要求进行微细加工,因此,模具也要求具有较高的精度,但大型部件则不会要求那么高。但是,这种不太高的精度则制造不出需要较高加工精度的、可以板锻造方式成型既大又厚的摆线齿轮的顺序模具。 : l% V, x& |! |3 Z- X
8 q, A8 x+ L) t) M; w" s
日本Syvec在大型顺序模具上实现了与小型顺序模具相同的加工精度(图6)。可在相同的精度下加工全长为300~2500mm的顺序模具。为了做到这一点,该公司导入了高精度机床。虽然这些大都是昂贵的设备,但“不导入的话,就无法在竞争力上拉开差距”(日本Syvec的长田)。该公司一方面量产客户订购的部件,另一方面有半数员工长年开发着眼于数年后的新加工技术,导入昂贵但性能较高的设备,也有对未来进行投资的意思。
7 @! s" D$ x, Q+ F; @. t1 D+ Q' ^9 e# n: J: A4 |: {
图6 板锻造所采用的顺序模具
* z& x M |) }' ~2 Y日本Syvec Corporation可以相同的精度加工从全长为300mm的小型产品到2500mm的大型产品的顺序模具。 - Y1 \1 T/ f2 s/ c' c' ^
@, k+ W- w [" }4 z
日本Syvec导入的高精度机床有两种。一种是市售机床中加工精度为最高水平的产品。例如,在用于模具盘(Die Plate)等板材类加工的线切割放电加工机方面,该公司选择了可以以1.5μm的形状精度高精度加工工件的产品。
1 }. \% F, E- {, m3 y
; X! W& L& n8 ~7 O/ G 另一种是与机床厂商联手开发的特殊性能的机床。例如,与安田工业联手开发出了用于定位模具板材的模架(Die Set)加工的3轴控制加工中心(MC)(图7)。该产品将相距2000mm加工出的2个孔的距离误差(间距精度)缩小到了3μm。该公司称,市售的3轴MC的间距精度较之要大数倍。
9 n4 v1 Z; g1 }0 D, P8 T
: M8 o& G3 f0 H( W/ k) o8 f4 \图7 与机床厂商联手开发的3轴控制MC
) o E/ P3 F! s% ~加工模架。相距2000mm的2个孔穴的距离误差(间距精度)仅为3μm。
2 Z% \7 i6 N) |/ P+ ~5 E4 O! G; U9 G: p/ a6 ]- ~, l0 O
另外,该公司还与冲压机厂商联手开发出了加压力为6000kN(约600t)的伺服冲压机(图8)。分别与日本网野(Amino,总部:静冈县富士宫市)联手开发出了2台伺服冲压机,与日本上泷精机(Kohtaki Precision Machine,总部:静冈县长泉町)联手开发出了1台伺服冲压机。
: X7 \' ]( S- e- i7 f/ B) Z% p1 a6 ^% h, d7 {' K6 Z+ N
图8 与冲压机厂商(日本网野)联手开发的伺服冲压机7 k% W7 ]; x2 n, U. i" o9 u
(a)为机身。加压力高达6000kN。在通过提高上下移动的滑板的刚性以减小变形等方面下了工夫。(b)为向机身供给卷材的滚轮送料器(Roll Feeder)。即使卷材的板厚为11mm,仍可利用该冲压机进行量产。 x' u& k" N0 f2 Y' c/ _' {* z
2 X3 f$ Y# T+ D3 M, M A 进行板锻造时,由于要在顺序模具中进行冷锻,因而会产生较大的局部荷重,如果采用普通的冲压机,上下移动的滑板有时会出现翘曲并产生变形。这种情况下,冲头会倾斜进入,与其他模具部件碰撞,从而产生摩耗或者缺损。这是因为,由于是高精度的模具,所以冲头与孔穴之间的间隙极小。这样一来,不仅工件的加工精度会下降,还有可能产生飞边。 # E) T [; S% i1 E+ E' W: Z
, }) J* S4 o! C. c8 U# p! R7 q" } 此次联手开发的伺服冲压机不仅可设定灵活的运动曲线(Motion Curve),而且还提高了上下移动的滑板的刚性,减小了变形。这样一来,由于冲头几乎沿垂直方向上下移动,便没有了加工精度变差以及飞边发生的担心。(
( j+ Q7 A/ N3 Y4 m4 ~6 ?# }! z0 ] n& r2 F: m. _
冲头的形状精度为1.5μm
4 P* J4 [" a5 ]& X& q7 Z0 u8 K$ R5 G+ P+ c+ z9 X
冲头的加工采用了日本天田(Amada)造的“图形化轮廓磨床”(图9)。这种磨床配备了用CCD摄像头在线测定磨削过程中的工件、并进行自动补偿的系统。如果在磨削过程中砂轮出现摩耗,则会产生磨削不足,在这种情况下工件不会形成想要的形状。对此,这种磨床通过增加砂轮的越程来补偿摩耗,从而提高工件的加工精度。 0 Y: f+ a5 z r; ~$ |; Q6 y
3 y+ }( P0 b1 ] F# v9 ^图9 可高精度加工冲头的轮廓(仿形)磨床
( x) ?' d f: p, H! a0 L: P(a)为外观。不仅具备在加工过程中通过CCD摄像头监测工件的磨削程度、并进行补偿的功能,还预设了旨在提高精度的多种设定。可加工形状精度为1.5μm、表面粗度为Rz0.2μm的冲头。(b)为设置在机身旁边的机器人。负责换装适合磨削的砂轮。由此,从冲头的粗磨到精磨可一气呵成。
9 B% }! u+ ] J% M! f6 m% _$ E9 n& b; d: F4 D$ C* q
以这种轮廓磨床为原型,日本Syvec将其改造成了更高精度的机型。首先,配备了分解能为10nm的标尺,从而提高了工作台的X/Y/Z轴导轨面的精度,可进行微细定位。然后,将为防止与冲头相干扰而设置的砂轮座的后角固定下来,使砂轮的角度保持恒定。另外,追加了主轴(Spindle)的输出功率可变功能,从而可控制主轴的输出功率。
- y. Q1 G$ r" y$ D# S5 J, o/ M$ R- x4 T0 w* L$ q
该公司之所以如此改动性能指标,是为了从坯料开始一气呵成地切削完成成品冲头。由设置在机身旁边的机器人负责更换砂轮,用1台这种轮廓磨床完成从粗磨到精磨的工序。通过精磨加工,可将冲头的表面加工成镜面。由此,形状精度为1.5μm、表面粗度为Rz0.2μm的冲头制造完成。 * c5 X) b$ X% Z) m6 v! F2 S" R" J
$ @: J+ v0 x% {/ _* V7 [2 G6 S% z 一般情况下,用线切割放电加工机将坯料切割成适当的大小及形状之后,再用磨床进行加工。但是,由于无法实现镜面加工,因而磨削后还要由操作员进行研磨加工 *5。与此不同,由于该公司的轮廓磨床可省去人工研磨加工的工序,因而可不分昼夜地加工冲头。 8 O. |' q3 [+ B% i1 R2 _
3 u; L, s0 U) [4 M- N) i*5 研磨加工:在研磨平板与工件之间填入磨料(研磨剂),将两者压紧并使其相对运动,借此对工件表面进行微细研磨的方法。同时使用磨料及研磨液的称为湿式研磨,不使用研磨液的称为干式研磨。
0 \4 m3 B* {- ~! p' C F
. J) W0 `( d8 Y5 E. O实现残余应力影响较小的工序设计
( w/ p! ^1 q2 C+ X2 x$ G
; `! h2 q* c) \0 R 要想高精度地成型既大又厚的摆线齿轮,完美控制材料的移动(塑性流动)的工序设计也很重要。在冷锻过程中,当冲头向工件加压时,材料会变形,变成与冲头形状相似的形状。然而,提起冲头后,残余应力有时会导致工件收缩或者扩张(变大)。这样一来,摆线齿轮的形状便会破坏。 7 C6 S9 A+ r' e( ]2 n9 E! D
/ s8 v1 a8 m2 Q/ _
为了防止这一问题,该公司充分利用了CAE。对冷锻时如何保证材料顺畅流动进行了分析,实现了可能减小残余应力所导致的尺寸变化的工序设计(图10)。这种CAE分析可针对冲压机的压力,模拟工件上产生的表面压力、残余应力以及裂纹等。该公司称,当存在多个选项而不知如何选择时,便利用CAE分析来确认最可行的方向。不过,由于CAE分析并不是十全十美,因此,模拟后还要试制模具,实际确认是否实现了所期望的工序设计。; J( n" h" o! u1 q9 g2 {
- d1 D8 R0 r8 g
图10 二级齿轮的内齿轮部分的CAE分析' r$ e2 D- z0 t
对冷锻时材料是否顺畅流动进行分析。可模拟表面压力、残余应力及裂纹等。; g9 F. @' a+ J4 Q. g
, M; Z0 d, y/ V4 C) P' u9 ^+ n 摆线齿轮用冲压机进行加工之后,还要进行淬火。由于这种热处理会导致材料收缩或者膨胀,因此,这样会使得摆线齿轮的尺寸发生变化。为此,该公司在工序设计中还考虑了热处理变形问题,保证了摆线齿轮的加工精度。(记者:近冈 裕)
2 a5 g0 s2 V; V. `5 V) q6 C5 F+ w
& f' u7 F8 I9 s/ x
6 P, |$ U% H8 {5 c$ }$ X, j# X) ^4 a# Q; ~/ e
; p0 C$ c6 r. H4 V& \ r) ^* L/ s# h' S. U
0 | N3 |( E! j b4 L, r$ b, s: r* B' h4 b* X
|