國內精密高速壓力機技術發展新動向

文／秦劍，厲慧·徐州鍛壓機床廠集團公司

國內精密高速壓力機技術發展新動向

文／秦劍，厲慧·徐州鍛壓機床廠集團公司

國內新能源汽車驅動電機和伺服電機等行業的崛起，推動了精密高速壓力機的發展邁向新的領域。

新能源汽車驅動電機的市場需求

新能源汽車驅動電機分為輪邊驅動電機、變速箱驅動電機（集中式電機）、輪轂電機等，其中前兩種驅動電機，國內市場的需求方興未艾。

圖1 新能源汽車輪邊驅動電機

圖2 新能源汽車輪邊驅動電機定子

輪邊驅動電機和定轉子，分別如圖1、圖2所示，由于尺寸規格較大、單品種批量小，目前所用沖床和模具主要以沖散片為主，沖下后再進行二次疊鉚。所使用的快速壓力機，工作沖次一般不高于100次/分。近期由于市場需求拉動，受產能所限，有個別廠家開始尋求疊鉚工藝，對壓力機提出了新的要求，即新型高速沖的標準：公稱壓力為8000kN，工作臺面為3000mm×1100mm，滑塊行程為30～50mm，工作沖次為150～200次/分，下死點重復定位精度為±0.015mm，提速過程中不允許出現疊鉚廢品。

新能源汽車變速箱驅動電機，如圖3所示，定轉子尺寸規格小于輪邊驅動，最大定子尺寸不超過φ250mm，常用尺寸在φ190mm左右。以某一產品為例，定轉子最大直徑φ190mm、疊鉚高度160mm、硅鋼片厚度0.35mm，要求疊鉚后厚度勻稱。按此要求，變速箱驅動電機定轉子的生產，對高速壓力機提出的標準為：公稱壓力在3000kN以上，工作臺面不小于2000mm×1000mm，滑塊行程30～50mm，工作沖次150～250次/分，下死點重復定位精度±0.015mm，提速過程中不允許出現疊鉚廢品。

圖3 新能源汽車集中式電機圖

綜合輪邊驅動電機和變速箱驅動電機鐵心的生產要求，對沖壓設備的標準，通常是大臺面、高精度，但要求沖次不高，一般不超過250次/分，這主要是受國內送料機速度不超過60米/分的影響。其次，提速過程中不允許出現疊鉚廢品，實際上沖床只有采用伺服電機直接驅動替代傳統的異步電動機—三角帶傳動方式，才能滿足使用要求。另外，疊鉚后要求鐵心厚度勻稱，實質上是要求模具增加回轉裝置。

新能源電機專用高速壓力機產品的研制動態

新能源汽車驅動電機市場需求的拉動，促使國內部分高速沖床生產廠家，開始加快相應產品的研制進度。

一是徐鍛集團，2016年10月，徐鍛集團全資收購德國億步（EBU）成形技術有限公司，并于2017年1月至3月，在國內試生產億步（EBU）STA-G250高速壓力機，如圖4所示，已獲得成功，該產品計劃進軍新能源電機行業。

圖4 德國億步（EBU）STA-G250高速壓力機

另一家有實力的企業，是揚鍛集團。2015年10月，德國舒勒（SCHULER）收購揚鍛集團，意味著舒勒的高速壓力機技術，已在國內找到落地點。

這兩起并購事件，代表德國工業4.0先進技術開始進入我國鍛壓設備行業，必將對國內高速壓力機的發展起到巨大的推動作用。

新能源電機專用高速壓力機的技術特點

德國舒勒（SCHULER）收購揚鍛后，有關新能源專用高速壓力機的信息未見公開報道。而徐鍛研制的新能源高速壓力機，已于4月份在北京“第十五屆中國國際機床展覽會”上正式展出。徐鍛新能源高速壓力機如圖5所示，與國內現有高速沖床的區別主要體現在以下五個方面。

圖5 德國工匠在徐鍛指導裝配完成的新能源電機專用高速壓力機

⑴機身輕量化、高剛性。

新能源專用高速壓力機，機身為框架分體式拉桿預緊結構，如圖6、圖7所示，上橫梁、立柱、滑塊、下橫梁等均采用球墨鑄鐵鑄件，要求球化率二級以上。零件結構設計合理，既保證了零件支撐剛性，又實現了輕量化。

⑵滑塊導向機構采用直角八面滾柱結構，可承受較大偏載力。

圖6 新能源高速壓力機的上橫梁

圖7 新能源高速壓力機的滑塊

⑶曲軸支撐采用滑動軸承，提高產品下死點重復精度。

國內現有高速壓力機的曲軸支撐軸承和連桿軸承，均采用雙列或單列圓柱滾子軸承，不利于下死點重復精度的提高。而德國EBU壓力機，曲軸支撐軸頸軸承和連桿軸承，均采用滑動軸承，如圖8所示，可有效提高下死點重復精度。

圖8 德國EBU壓力機曲軸支撐和配重塊結構

⑷動平衡采用配重塊結構。

新能源高速壓力機，由于沖次一般不超過300次/分，因此動平衡采用配重塊結構，如圖8所示。

⑸動力系統采用伺服電機直接驅動，或伺服電機—行星減速輪機構。

國內現有高速壓力機動力系統，一般采用調速變頻電機—飛輪驅動。由于用戶使用時，對模處于低速狀態（不超過80次/分），而工作速度通常在200次/分，對模后會存在一個提速的過程，因電機—飛輪進行能量傳遞是通過速度降差實現的，因此提速過程中下死點重復精度變化較大，易產生鐵心疊鉚廢品。

而德國EBU壓力機，動力系統采用伺服電機直接驅動，如圖9所示，或多伺服電機—行星減速輪機構驅動，如圖10所示，可有效避免提速過程對沖床下死點重復精度的影響，節省耗電量。更重要的是，由于引入伺服電機驅動系統，沖床具有壓力、速度、位移三種曲線均可編程控制的功能，不僅可作高速壓力機使用，還可當作普通壓力機應用，可實現一機多能。

圖9 伺服電機直驅裝置

圖10 多伺服電機—行星減速輪驅動機構

新能源電機鐵心生產單機自動化

新能源電機鐵心生產線，一般多采用單機自動化，如圖11所示，個別客戶要求鐵心下線后，再增加一道自動化壓實鐵心工藝。

圖11 新能源電機鐵心生產單機自動化

與微電機鐵心生產線相比，新能源電機生產線對料架、校平機、送料機、模具等提出了更高要求。微電機硅鋼片厚度一般為0.5mm，而新能源電機硅鋼片厚度較薄的為0.35mm，較厚的為0.65mm。新能源電機鐵心生產線，要求送料步距較大，通常在191.5mm以上，要求送料寬度多在200mm以上，為較好地滿足使用要求，多采用伺服送料機。生產線所用模具也較為復雜，除模具常用控制裝置外，還帶有厚度檢測控制裝置、回轉扭斜裝置等。生產線上為減少更換料帶時的接頭廢料，多使用對焊機等。

綜上所述，新能源電機鐵心生產線，是對傳統高速壓力機生產線應用領域的擴展，對高速壓力機和周邊設備的性能提出了更高要求，從另一個角度來說，也給國內生產廠商的發展帶來了難得的機遇。預計三至五年后，在市場需求的拉動下，我國新能源電機鐵心生產線的制造水平將邁上新的臺階。