中国国际金属成形展览会 MetalForm China

冲床的发展动向

在持续严峻的经济环境中，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主要的发展方向。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基本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发展方向。
         
         冲床的基本特性
         
         图1所示为机械冲床的特性与产品精度的关系。冲床的特性主要有两个，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―偏心负荷影响下滑块的水平移位。其二为滑块的运动特性，包括垂直度、平行度、直线度等，对产品的精度有很大的影响。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。所以提高这些特性，产品精度可提高、模具寿命延长、生产的稳定性也能提高。

图1：冲床的特性与加工产品精度的关系

         根据成形法、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，下死点附近速度最慢的肘杆式冲床，以及滑块速度在下死点以上很高位置就开始减慢且具有很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

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

图3：冲床的扭矩特性

        为了实现无切削成形，对冲床的功能要求越来越高。冲压机械的发展趋势正向高精度、高刚性、合适的滑块运动特性、智能化、多方向运动、甚至环保方向发展。

图4：滑块的速度特性

         机械式冲床的发展趋势
         
         ◆ 通用冲床的高刚性、高机能化

图5：C形冲床

         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附近速度很慢而SPM不受影响的连杆式冲床（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3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6：龙门式冲床

图7：连杆式冲床的构造图

        ◆ 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驱动方式是在普通的肘杆式机构中加上垂直连杆和支点连杆共二支连杆，使加工中直接与滑块连接的连杆基本保持垂直状态，使成形载荷能通过垂直连杆垂直传递的驱动方式。

图8：垂直连杆式冲床

图9：VL驱动方式和肘杆式驱动方式

         普通机械冲压机由于连杆是斜压在滑块上，使滑块受很大的不良横向力，因此，这种驱动方式比普通驱动方式具有更高的精度，更加适合于高精度加工。图10为普通冲压机的受力图。下死点上方5mm位置，普通肘杆式冲压机的滑块受到横向力约占成形力的10%，而VL的不会超过1%。这种冲压机适用于要求上下模具对中性高的加工。

图10：不同驱动方式侧向力的比较

         ◆ 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，但其行程可以做的更长，适用于下死点以上更高的位置上开始速度变化很少的挤压加工。驱动方式如图10所示曲轴与?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基本垂直状态。
         
         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%。

图11. 顺送加工与多工位搬送加工的复合成形

         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。