本帖最后由 害怕伏櫪 于 2011-1-9 10:40 編輯 $ c0 {" k& i9 K% p$ v& ?
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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 @: y7 W% ~' z K# K9 I4 v. v
! I- A A! o- @# S. W+ V實現殘余應力影響較小的工序設計
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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行微細加工，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。
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2 p: g0 s8 u) s, j9 n3 h" n- e6 ^ 日本Syvec在大型順序模具上實現了與小型順序模具相同的加工精度（圖6）。可在相同的精度下加工全長為300～2500mm的順序模具。為了做到這一點，該公司導入了高精度機床。雖然這些大都是昂貴的設備，但“不導入的話，就無法在競爭力上拉開差距”（日本Syvec的長田）。該公司一方面量產客戶訂購的部件，另一方面有半數員工長年開發著眼于數年后的新加工技術，導入昂貴但性能較高的設備，也有對未來進行投資的意思。
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- v1 a2 _! @6 f9 \圖6 板鍛造所采用的順序模具; S' s$ M' C! _( O$ r* R
日本Syvec Corporation可以相同的精度加工從全長為300mm的小型產品到2500mm的大型產品的順序模具。 ) E6 X1 |2 x0 X/ }# N
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日本Syvec導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品。 4 U5 Y: p+ m, H) ^7 U
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另一種是與機床廠商聯手開發的特殊性能的機床。例如，與安田工業聯手開發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倍。
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圖7 與機床廠商聯手開發的3軸控制MC/ u$ E0 g2 r' h% q) r3 @0 K( 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。 ( p8 M; Z- i' O+ a2 Z# z: W
4 V3 I& Y8 u7 ^* l7 K 另外，該公司還與沖壓機廠商聯手開發出了加壓力為6000kN（約600t）的伺服沖壓機（圖8）。分別與日本網野（Amino，總部：靜岡縣富士宮市）聯手開發出了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）聯手開發出了1臺伺服沖壓機。 ' N' `- n9 @) E& w b1 Y# S% ~
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圖8 與沖壓機廠商（日本網野）聯手開發的伺服沖壓機
% M& V% L9 t5 X+ L) \8 n（a）為機身。加壓力高達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行量產。
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進行板鍛造時，由于要在順序模具中進行冷鍛，因而會產生較大的局部荷重，如果采用普通的沖壓機，上下移動的滑板有時會出現翹曲并產生變形。這種情況下，沖頭會傾斜進入，與其他模具部件碰撞，從而產生摩耗或者缺損。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，還有可能產生飛邊。 8 }- N3 Z: t2 i5 X; m, r; B. C$ j
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此次聯手開發的伺服沖壓機不僅可設定靈活的運動曲線（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生的擔心。（
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沖頭的形狀精度為1.5μm ' l; t7 e! J% c3 w" E% b0 z7 I' l
' s9 F$ {+ H4 z% U 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、并進行自動補償的系統。如果在磨削過程中砂輪出現摩耗，則會產生磨削不足，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。 - u L7 h# ~$ b
- M) _' q7 M- U; }3 f, D/ {; Z圖9 可高精度加工沖頭的輪廓（仿形）磨床; @* N c& t. V5 v' c" h' f3 a# j
（a）為外觀。不僅具備在加工過程中通過CCD攝像頭監測工件的磨削程度、并進行補償的功能，還預設了旨在提高精度的多種設定。可加工形狀精度為1.5μm、表面粗度為Rz0.2μm的沖頭。（b）為設置在機身旁邊的機器人。負責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。: m5 W0 \7 D& a+ @( [- R1 K
1 W m, p2 L( O# z2 v' E* m3 H, q 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的標尺，從而提高了工作臺的X/Y/Z軸導軌面的精度，可進行微細定位。然后，將為防止與沖頭相干擾而設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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3 Z& m, Y$ |% I7 k8 q' B3 C 該公司之所以如此改動性能指標，是為了從坯料開始一氣呵成地切削完成成品沖頭。由設置在機身旁邊的機器人負責更換砂輪，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。 , G3 }' V: C8 I& B
0 ~. }6 U: x: K5 B& a 一般情況下，用線切割放電加工機將坯料切割成適當的大小及形狀之后，再用磨床進行加工。但是，由于無法實現鏡面加工，因而磨削后還要由操作員進行研磨加工 *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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w& h; d6 X: w4 U5 ~*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，借此對工件表面進行微細研磨的方法。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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實現殘余應力影響較小的工序設計
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: M; d# J% y! h! v9 v9 v 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）的工序設計也很重要。在冷鍛過程中，當沖頭向工件加壓時，材料會變形，變成與沖頭形狀相似的形狀。然而，提起沖頭后，殘余應力有時會導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。 0 _ t7 n- H k8 e/ s8 Z& V
( \3 j: u" Y! P$ T2 z4 x5 Y: x 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行了分析，實現了可能減小殘余應力所導致的尺寸變化的工序設計（圖10）。這種CAE分析可針對沖壓機的壓力，模擬工件上產生的表面壓力、殘余應力以及裂紋等。該公司稱，當存在多個選項而不知如何選擇時，便利用CAE分析來確認最可行的方向。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，實際確認是否實現了所期望的工序設計。
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1 _; s k$ Q0 @, F+ i1 q圖10 二級齒輪的內齒輪部分的CAE分析 Y. a% O5 @3 ^6 i* x" H- Y$ Z5 W, G
對冷鍛時材料是否順暢流動進行分析。可模擬表面壓力、殘余應力及裂紋等。
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擺線齒輪用沖壓機進行加工之后，還要進行淬火。由于這種熱處理會導致材料收縮或者膨脹，因此，這樣會使得擺線齒輪的尺寸發生變化。為此，該公司在工序設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
發表于 2011-1-9 09:14:10
