本帖最后由 害怕伏枥 于 2011-1-9 10:40 编辑
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通过“板锻造”成型摆线齿轮，EV减速器成本降至1/10) E1 }8 }/ q3 b& h$ K
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实现残余应力影响较小的工序设计
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# l' Y# b$ W; V ]* o/ m 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。 : U# k2 e, v# i8 {. I
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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。
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9 Q( S2 ~0 a2 k: F" |( r8 `图6 板锻造所采用的顺序模具
: M6 Z5 V# o/ T4 l9 h# 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。
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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。
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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。
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+ ~* Z" L1 p! v( k9 y# E! p图7 与机床厂商联手开发的3轴控制MC- i& K6 Q/ \& w% Q @ ?
加工模架。相距2000mm的2个孔穴的距离误差（间距精度）仅为3μm。 5 m5 S& q5 i% A! k3 Y5 _
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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。
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/ ^# i1 T2 s4 B9 D& }图8 与冲压机厂商（日本网野）联手开发的伺服冲压机
, Q3 C! W! J0 n4 @（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。
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9 E" p4 P3 T0 a1 P5 B& i. a/ a8 c 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。 8 Y, J2 P2 P9 n8 M, j( _* o: z( i
% ^5 X' E5 w5 h& H8 k 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。（
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D: r5 u+ G1 Q9 P8 F! v; G冲头的形状精度为1.5μm * b7 c: g+ G$ x i1 G8 }
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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。 : {+ J: j- ]9 ]1 o
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图9 可高精度加工冲头的轮廓（仿形）磨床/ o; F5 p+ e+ j7 H5 E$ N: U
（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。+ T/ l0 Y1 y/ N1 x) `; ?# O# h
' L; y" N; o' s6 A* o$ ?& y 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。 6 |" e1 H. R( d; v5 q" o3 e; p
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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。
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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。 ! E7 h% t4 V. e* z. T6 _8 c8 A0 P
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*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。
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7 f7 v- b% n; n, N( N实现残余应力影响较小的工序设计 : ?- h8 @# o& F. N m- D
- }% S+ u k% l5 N3 x3 n 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。
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% m+ e# n; ?) Q9 B' M" G( Q0 s/ Y$ [. f 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。3 E: w7 A7 E- R: a! G
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图10 二级齿轮的内齿轮部分的CAE分析 D1 ~4 ]$ Q0 h) h
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。
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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） ! Q0 G6 j5 L K( M; n3 w4 n
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楼主: 目成
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发表于 2011-1-9 09:14:10
