冲床的发展动向1.docx

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冲床的发展动向1

冲床的发展动向

（1）

在连续严肃的经济环境中，无切削成形是企业与对手拉开距离和竞争中胜出的有力手段，而且环保是21世纪的主题，作为环保的加工方法将是要紧的进展方向。

无切削成形中高精度、高附加值形状的成形是不可或缺的，为了实现这些要求就必须了解从材料到成品的全过程综合技术。

冲床就其中一个重要的技术要素。

本文将介绍机械式冲床的差不多特性及近年来开发出来的适用于各种成形技术的高精度多功能冲床的进展方向。

冲床的差不多特性

图1所示为机械冲床的特性与产品精度的关系。

冲床的特性要紧有两个，一是刚性，它包括纵向刚性—滑块与工作台的拱曲和机架的弹性伸长；以及横向刚性—偏心负荷阻碍下滑块的水平移位。

其二为滑块的运动特性，包括垂直度、平行度、直线度等，对产品的精度有专门大的阻碍。

产品的精度不是只与冲床有关，它与材料、模具、润滑等都有关，不能只考虑某一因素。

从冲床的要素来考虑，产品的厚度方向的精度与纵向刚性有关，而偏差、弯曲或平行度则与横向刚性及运动曲线特性有

关。

因此提升这些特性，产品精度可提升、模具寿命延长、生产的稳固性也能提升。

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图1:

冲床的特性与加工产品精度的关系

按照成形法、成形速度、生产性等选用冲床时，就必须考虑冲床的这些特性。

依据驱动机构的不同，机械式冲床有：

冲压加工中应用最广泛的曲轴式冲床，下死点邻近速度最慢的肘杆式冲床，以及滑块速度在下死点以上专门高位置就开始减慢且具有专门高扭矩能力的连杆式冲床。

图2是这些滑块驱动机构的概念图，图3、4是其各自的扭矩能力特性图及滑块速度特性图。

图2:

机械式冲床的驱动机构

图3:

冲床的扭矩特性

选用锻造冲床时，以生产性为重时就选用曲轴式冲床；如果追求下死点邻近的成形性就选用肘杆式冲床；若需要专门高位置上的成形或闭塞锻造的话就选用连杆式冲床。

为了实现无切削成形，对冲床的功能要求越来越高。

冲压机械的进展趋势正向高精度、高刚性、合适的滑块运动特性、智能化、多方向运动、甚至环保方向进展。

机械式冲床的进展趋势

♦通用冲床的高刚性、高机能化

原本作通用机用的C形冲床（图5）也追求高精度、高机能化，由此开发出一体型龙门冲床（图6）;带AIDA连杆驱动机构且在下死点邻近速度专门慢而SPM不受阻碍的连杆式冲床（图7）此连杆式冲床在驱动齿轮与曲轴间介入了两个偏心的连杆，当驱动齿轮转动时，由于连杆的连结角度变化，曲轴就做不等速运动。

此连杆机构与其它的连杆机构不同的是受压部的连接点少而综合间隙小。

如图8所示，连杆式机构比肘杆式机构的扭矩能力高，可实现在下死点更高位置的成形。

图5:

C形冲床图6:

龙门式冲床图7:

连杆式冲床的构造图

图&垂直连杆式冲床

♦垂直连杆式（VL）驱动方式

针对机械式冲床高精度、高刚性的要求开发出了如图8所示的

垂直连杆式冲床（VL系列），图9所示为其驱动方式。

VL驱动方式是在一般的肘杆式机构中加上垂直连杆和支点连杆共二支连杆，使加工中直截了当与滑块连接的连杆差不多保持垂直状态，使成形载荷能通过垂直连杆垂直传递的驱动方式。

图9：

VL驱动方式和肘杆式驱动方式

一般机械冲压机由于连杆是斜压在滑块上，使滑块受专门大的不良横向力，因此，这种驱动方式比一般驱动方式具有更高的精度，更加适合于高精度加工。

图10为一般冲压机的受力图。

下死点上方5mm位置，一般肘杆式冲压机的滑块受到横向力约占成形力的10%，而VL的可不能超过1%。

这种冲压机适用于要求上下模具对中性高的加工。

♦滑块连杆式（SL）驱动方式

SL驱动方式和VL驱动一样是一种作用于滑块上的侧向力几乎为零的驱动方式，但其行程能够做的更长，适用于下死点以上更高的位置上开始速度变化专门少的挤压加工。

驱动方式如图1

0所示曲轴与揺动连杆滑动连接，滑块通过连杆与摇动连杆机构连结。

这种连杆机构保证连杆在工作中保持差不多垂直状态。

如图10所示下死点上35mm的位置上，肘杆式冲床的侧向力为29%而SL冲床只有0.24%

垂直连杆式冲床多用于顺送加工，但在形状复杂的成形中，也有用如图11所示的先用顺送加工，后半部分用多工位搬送的复合方式进行加工。

搬送装置可用各种各样，如吸盘式或夹爪式的三维伺服多工位搬送装置等。

图11.顺送加工与多工位搬送加工的复合成形

数控冲床

数控冲床具有CNC操纵系统，能按照加工方法的需要任意设定滑块的运动方式和速度。

▲螺杆式数控冲床

伺服工作机（图12）是使用AC伺服马达通过螺杆驱动滑块的，

成形中下死点的位置可通过位置读取装置提供数据给位置控置

装置进行操纵。

因此，机械的热膨涨和弹性变形可不能阻碍产品的精度，如图13所示能够调整出最适合的滑块运动方式及以极其微小的单位操纵下死点的位置。

因此适用于高精度高机能的无切削成形螺杆式伺服冲床采纳油压马达和储能器进行扭矩操纵的形式，下死点的位置操纵可达到微米级，是节约能源且有环保要求的机种。

图12:

AC伺服冲床的构造

图13：

滑块运动模式的举例

▲曲轴式伺服冲床

曲轴式冲床与AC伺服马达组合起来的数控冲床如图14所示这种冲床是用伺服马达代替原先冲床上的离合制动器和飞轮。

这种冲床具有滑块运动模式可任意设定的伺服冲床的特点，同

时具有如图3一般机械式冲床的扭矩特点。

但其工作能量在低速区可不能降低

图14：

数控冲床

▲复动成形冲床

复动成形是无切削成形的有力手段。

在冷间锻造中的闭塞锻造确实是一个例子，是通过操纵多个冲头、凹模的动作和时刻图来达到操纵材料塑性流淌的目的。

制品的精度和成形性可得到提升，甚至能够缩短工序数量。

复动成形粗略可分为两大类：

重视冲床的通用性使用复动模架的复动成形；多品种生产用模具装拆容易的使用复动冲床的成形。

最近不仅在锻造加工上，同时在板金成形与锻造的复合成形的多样化及能力的提升的同时，要求冲床不仅具有多动作性能，还须具备高的通用性。

▲闭塞锻造冲床

星形轮及十字连轴节的成形已普遍利用闭塞锻造模具及通用锻造冲床。

其模具结构如图15所示具有闭塞机能和和谐机能。

其它可节约模具装配时配管时刻的闭塞锻造冲床可分成两类：

这些功能全在冲床里（图16）和上下油缸在冲床上而和谐机构在模座上两种形式。

图15：

滑块和谐式的闭塞锻造模具

图16:

滑块和谐式闭塞锻造冲床

▲板材锻造冲床

随着板材锻压成形的普及，要求锻造冲床能进行拉深成形或缩短工程数，因此要求滑块和工作台必须带油缸。

原先的闭塞锻造几乎差不多上采纳高能力的常压动作，板材锻造除了要求与工法相习惯的常压动作之外，还要求带有顺序动作、自锁等功

图17是外形带齿形的产品。

这是由如图18所示的模具成形的，

模芯比凸模先进入凹模中，反顶杆提供背压进行正挤压动作。

图17:

带齿形杯状

图18:

杯状物的正挤压模具

▲齿轮成形用冲床

螺旋齿轮成形用复动油压冲床如图19所示。

这种冲床共有滑动

驱动用、滑块内2个、工作台内2个，共5个驱动源全部合用1个油压式驱动装置。

图19:

齿轮驱动式油压复动冲床

成形的初期时期与常压顶杆方式的内圈锻造成形一样，凸模插入闭塞中的凹模齿形空间，材料从下方开始流淌进行初成形。

在这种状态下，模芯上升，材料中心的模芯直径由粗变细。

现在工件内径部又有了新的空间，能够产生新的塑性流淌，因此加大压力材料就可充满齿形的先端部位。

其模具结构如图20所

示。

图21是用此方法加工出来的产品，加工压力只有1300Mp

a,齿形部的塌角及毛剌极小。

利用复动成形对材料流淌进行操纵成形出来的齿轮可达JIS3〜4级，这专门接近于高附加值的无切削成形。