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本帖最后由 害怕伏櫪 于 2011-1-9 10:40 編輯 0 v8 w1 d0 J% m" F
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通過“板鍛造”成型擺線齒輪,，EV減速器成本降至1/100 G/ C9 t0 r* _8 E3 D
0 g0 Y( b! _7 Y+ |- D) q7 x/ P9 Y實現(xiàn)殘余應(yīng)力影響較小的工序設(shè)計
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: P8 I p7 Q2 y1 [3 ?+ l% x- ?* ] 要想通過板鍛造方式使既大又厚的部件如此高精度地成型，就必須對大型的順序模具進(jìn)行高精度加工,。通常,，模具越小要求的精度越高，越大則精度要求則相對較低,。例如,，由于小的電子部件等要求進(jìn)行微細(xì)加工,，因此，模具也要求具有較高的精度,，但大型部件則不會要求那么高,。但是，這種不太高的精度則制造不出需要較高加工精度的,、可以板鍛造方式成型既大又厚的擺線齒輪的順序模具,。 : i( J/ P% t* Q
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日本Syvec在大型順序模具上實現(xiàn)了與小型順序模具相同的加工精度（圖6）�,？稍谙嗤木认录庸とL為300～2500mm的順序模具,。為了做到這一點,，該公司導(dǎo)入了高精度機床,。雖然這些大都是昂貴的設(shè)備，但“不導(dǎo)入的話,，就無法在競爭力上拉開差距”（日本Syvec的長田）,。該公司一方面量產(chǎn)客戶訂購的部件，另一方面有半數(shù)員工長年開發(fā)著眼于數(shù)年后的新加工技術(shù),，導(dǎo)入昂貴但性能較高的設(shè)備,，也有對未來進(jìn)行投資的意思。
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圖6 板鍛造所采用的順序模具
0 V! @0 f- Z/ u) R6 a' R! _" m日本Syvec Corporation可以相同的精度加工從全長為300mm的小型產(chǎn)品到2500mm的大型產(chǎn)品的順序模具,。
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日本Syvec導(dǎo)入的高精度機床有兩種,。一種是市售機床中加工精度為最高水平的產(chǎn)品。例如,，在用于模具盤（Die Plate）等板材類加工的線切割放電加工機方面,，該公司選擇了可以以1.5μm的形狀精度高精度加工工件的產(chǎn)品。
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另一種是與機床廠商聯(lián)手開發(fā)的特殊性能的機床,。例如,，與安田工業(yè)聯(lián)手開發(fā)出了用于定位模具板材的模架（Die Set）加工的3軸控制加工中心（MC）（圖7）。該產(chǎn)品將相距2000mm加工出的2個孔的距離誤差（間距精度）縮小到了3μm,。該公司稱,，市售的3軸MC的間距精度較之要大數(shù)倍。
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* B& G7 o9 e5 l1 m圖7 與機床廠商聯(lián)手開發(fā)的3軸控制MC
- ]$ E- l, I# e, s加工模架,。相距2000mm的2個孔穴的距離誤差（間距精度）僅為3μm,。
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另外，該公司還與沖壓機廠商聯(lián)手開發(fā)出了加壓力為6000kN（約600t）的伺服沖壓機（圖8）,。分別與日本網(wǎng)野（Amino,，總部：靜岡縣富士宮市）聯(lián)手開發(fā)出了2臺伺服沖壓機，與日本上瀧精機（Kohtaki Precision Machine,，總部：靜岡縣長泉町）聯(lián)手開發(fā)出了1臺伺服沖壓機,。
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圖8 與沖壓機廠商（日本網(wǎng)野）聯(lián)手開發(fā)的伺服沖壓機
) ?2 K; J1 I! F（a）為機身,。加壓力高達(dá)6000kN。在通過提高上下移動的滑板的剛性以減小變形等方面下了工夫,。（b）為向機身供給卷材的滾輪送料器（Roll Feeder）,。即使卷材的板厚為11mm，仍可利用該沖壓機進(jìn)行量產(chǎn),。/ w5 q1 x) k2 L/ J7 O" X
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進(jìn)行板鍛造時,，由于要在順序模具中進(jìn)行冷鍛，因而會產(chǎn)生較大的局部荷重,，如果采用普通的沖壓機,，上下移動的滑板有時會出現(xiàn)翹曲并產(chǎn)生變形。這種情況下,，沖頭會傾斜進(jìn)入,，與其他模具部件碰撞，從而產(chǎn)生摩耗或者缺損,。這是因為,，由于是高精度的模具，所以沖頭與孔穴之間的間隙極小,。這樣一來,，不僅工件的加工精度會下降，還有可能產(chǎn)生飛邊,。 . s* t H8 H( S# k+ Q& P
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此次聯(lián)手開發(fā)的伺服沖壓機不僅可設(shè)定靈活的運動曲線（Motion Curve）,，而且還提高了上下移動的滑板的剛性，減小了變形,。這樣一來,，由于沖頭幾乎沿垂直方向上下移動，便沒有了加工精度變差以及飛邊發(fā)生的擔(dān)心,。（
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沖頭的形狀精度為1.5μm 8 }4 o9 @$ r, E& @" j
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沖頭的加工采用了日本天田（Amada）造的“圖形化輪廓磨床”（圖9）,。這種磨床配備了用CCD攝像頭在線測定磨削過程中的工件、并進(jìn)行自動補償?shù)南到y(tǒng),。如果在磨削過程中砂輪出現(xiàn)摩耗,，則會產(chǎn)生磨削不足，在這種情況下工件不會形成想要的形狀,。對此,，這種磨床通過增加砂輪的越程來補償摩耗，從而提高工件的加工精度,。
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; b1 Z- e: Z) d% ^ @% q0 W圖9 可高精度加工沖頭的輪廓（仿形）磨床; J- A, |( W, _0 P3 }# v
（a）為外觀,。不僅具備在加工過程中通過CCD攝像頭監(jiān)測工件的磨削程度、并進(jìn)行補償?shù)墓δ�,，還預(yù)設(shè)了旨在提高精度的多種設(shè)定,�,？杉庸ば螤罹葹�1.5μm、表面粗度為Rz0.2μm的沖頭,。（b）為設(shè)置在機身旁邊的機器人,。負(fù)責(zé)換裝適合磨削的砂輪。由此,，從沖頭的粗磨到精磨可一氣呵成,。
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) p$ `8 g [* C* ?$ x 以這種輪廓磨床為原型，日本Syvec將其改造成了更高精度的機型,。首先,，配備了分解能為10nm的標(biāo)尺，從而提高了工作臺的X/Y/Z軸導(dǎo)軌面的精度,，可進(jìn)行微細(xì)定位,。然后，將為防止與沖頭相干擾而設(shè)置的砂輪座的后角固定下來,，使砂輪的角度保持恒定,。另外,，追加了主軸（Spindle）的輸出功率可變功能,，從而可控制主軸的輸出功率。
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0 O O l+ W& I. ]. Q2 f4 I 該公司之所以如此改動性能指標(biāo),，是為了從坯料開始一氣呵成地切削完成成品沖頭,。由設(shè)置在機身旁邊的機器人負(fù)責(zé)更換砂輪，用1臺這種輪廓磨床完成從粗磨到精磨的工序,。通過精磨加工,，可將沖頭的表面加工成鏡面。由此,，形狀精度為1.5μm,、表面粗度為Rz0.2μm的沖頭制造完成。 1 K: t# H# V8 E0 x! i
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一般情況下,，用線切割放電加工機將坯料切割成適當(dāng)?shù)拇笮〖靶螤钪�,，再用磨床進(jìn)行加工。但是,，由于無法實現(xiàn)鏡面加工,，因而磨削后還要由操作員進(jìn)行研磨加工 *5。與此不同,，由于該公司的輪廓磨床可省去人工研磨加工的工序,，因而可不分晝夜地加工沖頭。
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+ N9 k' P9 X c- X*5 研磨加工：在研磨平板與工件之間填入磨料（研磨劑）,，將兩者壓緊并使其相對運動,，借此對工件表面進(jìn)行微細(xì)研磨的方法,。同時使用磨料及研磨液的稱為濕式研磨，不使用研磨液的稱為干式研磨,。
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實現(xiàn)殘余應(yīng)力影響較小的工序設(shè)計 & I X& \+ R% F* [7 f
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要想高精度地成型既大又厚的擺線齒輪,，完美控制材料的移動（塑性流動）的工序設(shè)計也很重要。在冷鍛過程中,，當(dāng)沖頭向工件加壓時,，材料會變形，變成與沖頭形狀相似的形狀,。然而,，提起沖頭后，殘余應(yīng)力有時會導(dǎo)致工件收縮或者擴張（變大）,。這樣一來,，擺線齒輪的形狀便會破壞。
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為了防止這一問題,，該公司充分利用了CAE,。對冷鍛時如何保證材料順暢流動進(jìn)行了分析，實現(xiàn)了可能減小殘余應(yīng)力所導(dǎo)致的尺寸變化的工序設(shè)計（圖10）,。這種CAE分析可針對沖壓機的壓力,，模擬工件上產(chǎn)生的表面壓力、殘余應(yīng)力以及裂紋等,。該公司稱,，當(dāng)存在多個選項而不知如何選擇時，便利用CAE分析來確認(rèn)最可行的方向,。不過,，由于CAE分析并不是十全十美，因此,，模擬后還要試制模具,，實際確認(rèn)是否實現(xiàn)了所期望的工序設(shè)計。
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圖10 二級齒輪的內(nèi)齒輪部分的CAE分析
; F0 O1 O7 d. z4 [! y& W) d! h) V2 l對冷鍛時材料是否順暢流動進(jìn)行分析,�,？赡M表面壓力、殘余應(yīng)力及裂紋等,。4 I+ n3 J j. A) @
' n0 ?& v$ ^+ d 擺線齒輪用沖壓機進(jìn)行加工之后,，還要進(jìn)行淬火。由于這種熱處理會導(dǎo)致材料收縮或者膨脹,，因此,，這樣會使得擺線齒輪的尺寸發(fā)生變化。為此,，該公司在工序設(shè)計中還考慮了熱處理變形問題,，保證了擺線齒輪的加工精度,。（記者：近岡 裕）
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樓主: 目成
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發(fā)表于 2011-1-9 09:14:10
