沖床的發(fā)展動向

1、沖床的發(fā)展動向作者：會田工程技術(shù)（上海）有限公司 張清林 中野隆志在持續(xù)嚴峻的經(jīng)濟環(huán)境中，無切削成形是企業(yè)與對手拉開距離和競爭中勝出的有力手段，而且環(huán)保是21世紀的主題，作為環(huán)保的加工方法將是主要的發(fā)展方向。無切削成形中高精度、高附加值形狀的成形是不可或缺的，為了實現(xiàn)這些要求就必須了解從材料到成品的全過程綜合技術(shù)。沖床就其中一個重要的技術(shù)要素。本文將介紹機械式?jīng)_床的基本特性及近年來開發(fā)出來的適用于各種成形技術(shù)的高精度多功能沖床的發(fā)展方向。 沖床的基本特性 圖1所示為機械沖床的特性與產(chǎn)品精度的關(guān)系。沖床的特性主要有兩個，一是剛性，它包括縱向剛性滑塊與工作臺的拱曲和機架的彈性伸長；以及橫向剛性偏心

2、負荷影響下滑塊的水平移位。其二為滑塊的運動特性，包括垂直度、平行度、直線度等，對產(chǎn)品的精度有很大的影響。產(chǎn)品的精度不是只與沖床有關(guān)，它與材料、模具、潤滑等都有關(guān)，不能只考慮某一因素。從沖床的要素來考慮，產(chǎn)品的厚度方向的精度與縱向剛性有關(guān)，而偏差、彎曲或平行度則與橫向剛性及運動曲線特性有關(guān)。所以提高這些特性，產(chǎn)品精度可提高、模具壽命延長、生產(chǎn)的穩(wěn)定性也能提高。 圖1：沖床的特性與加工產(chǎn)品精度的關(guān)系根據(jù)成形法、成形速度、生產(chǎn)性等選用沖床時，就必須考慮沖床的這些特性。依據(jù)驅(qū)動機構(gòu)的不同，機械式?jīng)_床有：沖壓加工中應(yīng)用最廣泛的曲軸式?jīng)_床，下死點附近速度最慢的肘桿式?jīng)_床，以及滑塊速度在下死點以上很高位置就

3、開始減慢且具有很高扭矩能力的連桿式?jīng)_床。圖2是這些滑塊驅(qū)動機構(gòu)的概念圖，圖3、4是其各自的扭矩能力特性圖及滑塊速度特性圖。 圖2：機械式?jīng)_床的驅(qū)動機構(gòu)圖3：沖床的扭矩特性圖4：滑塊的速度特性選用鍛造沖床時，以生產(chǎn)性為重時就選用曲軸式?jīng)_床；如果追求下死點附近的成形性就選用肘桿式?jīng)_床；若需要很高位置上的成形或閉塞鍛造的話就選用連桿式?jīng)_床。 為了實現(xiàn)無切削成形，對沖床的功能要求越來越高。沖壓機械的發(fā)展趨勢正向高精度、高剛性、合適的滑塊運動特性、智能化、多方向運動、甚至環(huán)保方向發(fā)展。 機械式?jīng)_床的發(fā)展趨勢 通用沖床的高剛性、高機能化 原本作通用機用的C形沖床（圖5）也追求高精度、高機能化，由此開發(fā)出一

4、體型龍門沖床（圖6）；帶AIDA連桿驅(qū)動機構(gòu)且在下死點附近速度很慢而SPM不受影響的連桿式?jīng)_床（圖7）。此連桿式?jīng)_床在驅(qū)動齒輪與曲軸間介入了兩個偏心的連桿，當驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動時，由于連桿的連結(jié)角度變化，曲軸就做不等速運動。此連桿機構(gòu)與其它的連桿機構(gòu)不同的是受壓部的連接點少而綜合間隙小。如圖8所示，連桿式機構(gòu)比肘桿式機構(gòu)的扭矩能力高，可實現(xiàn)在下死點更高位置的成形。 圖5：C形沖床 圖6：龍門式?jīng)_床 圖7：連桿式?jīng)_床的構(gòu)造圖 圖8：垂直連桿式?jīng)_床 垂直連桿式（VL）驅(qū)動方式 針對機械式?jīng)_床高精度、高剛性的要求開發(fā)出了如圖8所示的垂直連桿式?jīng)_床(VL系列)，圖9所示為其驅(qū)動方式。VL驅(qū)動方式是在普通的肘

5、桿式機構(gòu)中加上垂直連桿和支點連桿共二支連桿，使加工中直接與滑塊連接的連桿基本保持垂直狀態(tài)，使成形載荷能通過垂直連桿垂直傳遞的驅(qū)動方式。 圖9：VL驅(qū)動方式和肘桿式驅(qū)動方式普通機械沖壓機由于連桿是斜壓在滑塊上，使滑塊受很大的不良橫向力，因此，這種驅(qū)動方式比普通驅(qū)動方式具有更高的精度，更加適合于高精度加工。圖10為普通沖壓機的受力圖。下死點上方5mm位置，普通肘桿式?jīng)_壓機的滑塊受到橫向力約占成形力的10%，而VL的不會超過1%。這種沖壓機適用于要求上下模具對中性高的加工。 圖10：不同驅(qū)動方式側(cè)向力的比較 滑塊連桿式（SL）驅(qū)動方式 SL驅(qū)動方式和VL驅(qū)動一樣是一種作用于滑塊上的側(cè)向力幾乎為零的驅(qū)

6、動方式，但其行程可以做的更長，適用于下死點以上更高的位置上開始速度變化很少的擠壓加工。驅(qū)動方式如圖10所示曲軸與揺動連桿滑動連接，滑塊通過連桿與搖動連桿機構(gòu)連結(jié)。這種連桿機構(gòu)保證連桿在工作中保持基本垂直狀態(tài)。 如圖10所示下死點上35mm的位置上，肘桿式?jīng)_床的側(cè)向力為29%而SL沖床只有0.24%。 垂直連桿式?jīng)_床多用于順送加工，但在形狀復雜的成形中，也有用如圖11所示的先用順送加工，后半部分用多工位搬送的復合方式進行加工。搬送裝置可用各種各樣，如吸盤式或夾爪式的三維伺服多工位搬送裝置等。 圖11. 順送加工與多工位搬送加工的復合成形數(shù)控沖床 數(shù)控沖床具有CNC控制系統(tǒng)，能根據(jù)加工方法的需要任

7、意設(shè)定滑塊的運動方式和速度。 螺桿式數(shù)控沖床 伺服工作機（圖12）是使用AC伺服馬達通過螺桿驅(qū)動滑塊的，成形中下死點的位置可通過位置讀取裝置提供數(shù)據(jù)給位置控置裝置進行控制。因此，機械的熱膨漲和彈性變形不會影響產(chǎn)品的精度，如圖13所示可以調(diào)整出最適合的滑塊運動方式及以極其微小的單位控制下死點的位置。所以適用于高精度高機能的無切削成形螺桿式伺服沖床采用油壓馬達和儲能器進行扭矩控制的形式，下死點的位置控制可達到微米級，是節(jié)省能源且有環(huán)保要求的機種。 圖12：AC伺服沖床的構(gòu)造圖13：滑塊運動模式的舉例 曲軸式伺服沖床 曲軸式?jīng)_床與AC伺服馬達組合起來的數(shù)控沖床如圖14所示。這種沖床是用伺服馬達代替原

8、來沖床上的離合制動器和飛輪。這種沖床具有滑塊運動模式可任意設(shè)定的伺服沖床的特點，同時具有如圖3普通機械式?jīng)_床的扭矩特點。但其工作能量在低速區(qū)不會降低。 圖14：數(shù)控沖床 復動成形沖床 復動成形是無切削成形的有力手段。在冷間鍛造中的閉塞鍛造就是一個例子，是通過控制多個沖頭、凹模的動作和時間圖來達到控制材料塑性流動的目的。制品的精度和成形性可得到提高，甚至可以縮短工序數(shù)量。 復動成形粗略可分為兩大類：重視沖床的通用性使用復動模架的復動成形；多品種生產(chǎn)用模具裝拆容易的使用復動沖床的成形。最近不僅在鍛造加工上，同時在板金成形與鍛造的復合成形的多樣化及能力的提高的同時，要求沖床不僅具有多動作性能，還須具

9、備高的通用性。 閉塞鍛造沖床 星形輪及十字連軸節(jié)的成形已普遍利用閉塞鍛造模具及通用鍛造沖床。其模具結(jié)構(gòu)如圖15所示具有閉塞機能和協(xié)調(diào)機能。其它可節(jié)省模具裝配時配管時間的閉塞鍛造沖床可分成兩類：這些功能全在沖床里（圖16)和上下油缸在沖床上而協(xié)調(diào)機構(gòu)在模座上兩種形式。 圖15：滑塊協(xié)調(diào)式的閉塞鍛造模具圖16：滑塊協(xié)調(diào)式閉塞鍛造沖床 板材鍛造沖床 隨著板材鍛壓成形的普及，要求鍛造沖床能進行拉深成形或縮短工程數(shù)，因此要求滑塊和工作臺必須帶油缸。原來的閉塞鍛造幾乎都是采用高能力的常壓動作，板材鍛造除了要求與工法相適應(yīng)的常壓動作之外，還要求帶有順序動作、自鎖等功能。 圖17是外形帶齒形的產(chǎn)品。這是由如圖

10、18所示的模具成形的，模芯比凸模先進入凹模中，反頂桿提供背壓進行正擠壓動作。 圖17：帶齒形杯狀圖18：杯狀物的正擠壓模具 齒輪成形用沖床 螺旋齒輪成形用復動油壓沖床如圖19所示。這種沖床共有滑動驅(qū)動用、滑塊內(nèi)2個、工作臺內(nèi)2個，共個驅(qū)動源全部合用1個油壓式驅(qū)動裝置。 圖19：齒輪驅(qū)動式油壓復動沖床成形的初期階段與常壓頂桿方式的內(nèi)圈鍛造成形一樣，凸模插入閉塞中的凹模齒形空間，材料從下方開始流動進行初成形。在這種狀態(tài)下，模芯上升，材料中心的模芯直徑由粗變細。此時工件內(nèi)徑部又有了新的空間，可以產(chǎn)生新的塑性流動，所以加大壓力材料就可充滿齒形的先端部位。其模具結(jié)構(gòu)如圖20所示。圖21是用此方法加工出來的產(chǎn)品，加工壓力只有1300 Mpa，齒形部的塌角及毛剌極小。利用復動成形對材料流動進行控制成形出來的齒輪可達JIS34級，這非常接近于高附加值的無切削成形。 圖21：螺旋齒輪（材質(zhì)：SCM420）結(jié)束語：塑性加工是無切削加工中的很關(guān)重要的一種，它是利用復動成形進行高精度、高附加值的成形及工程縮短、復合成形等的板鍛造及毫微米級的微細精密成形，使其成形范圍越來越寬。本文就這種加工