沖床的發(fā)展

       在持續嚴峻的經(jīng)濟環(huán)境中，無(wú)切削成形是企業(yè)與對手拉開(kāi)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(wú)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(shí)現這些要求就須了解從材料到成品的全過(guò)程綜合技術(shù)。沖床就其中一個(gè)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(lái)開(kāi)發(fā)出來(lái)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 
 
        沖床的特性主要有兩個(gè)，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(cháng)；以及橫向剛性—偏心負荷影響下滑塊的水平移位。其二為滑塊的運動(dòng)特性，包括垂直度、平行度、直線(xiàn)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(lái)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(dòng)曲線(xiàn)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(cháng)、的穩定性也能提高。
根據成形法、成形速度、性等選用沖床時(shí)，就須考慮沖床的這些特性。依據驅動(dòng)機構的不同，機械式?jīng)_床有：沖壓加工中應用zui廣泛的曲軸式?jīng)_床，下死點(diǎn)附近速度zui慢的肘桿式?jīng)_床，以及滑塊速度在下死點(diǎn)以上很高位置就開(kāi)始減慢且具有很高扭矩能力的連桿式?jīng)_床。
用鍛造沖床時(shí)，以性為重時(shí)就選用曲軸式?jīng)_床；如果追求下死點(diǎn)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(huà)就選用連桿式?jīng)_床。 
    為了實(shí)現無(wú)切削成形，對沖床的功能要求越來(lái)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(dòng)特性、智能化、多方向運動(dòng)、甚至環(huán)保方向發(fā)展。
 
機械式沖床的發(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形沖床也追求高精度、高機能化，由此開(kāi)發(fā)出一體型龍門(mén)沖床；帶AIDA連桿驅動(dòng)機構且在下死點(diǎn)附近速度很慢而SPM不受影響的連桿式?jīng)_床。此連桿式?jīng)_床在驅動(dòng)齒輪與曲軸間介入了兩個(gè)偏心的連桿，當驅動(dòng)齒輪轉動(dòng)時(shí)，由于連桿的連結角度變化，曲軸就做不等速運動(dòng)。此連桿機構與其它的連桿機構不同的是受壓部的連接點(diǎn)少而綜合間隙小。連桿式機構比肘桿式機構的扭矩能力高，可實(shí)現在下死點(diǎn)更高位置的成形。 
        針對機械式?jīng)_床高精度、高剛性的要求開(kāi)發(fā)出了垂直連桿式?jīng)_床(VL系列)。VL驅動(dòng)方式是在普通的肘桿式機構中加上垂直連桿和支點(diǎn)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(guò)垂直連桿垂直傳遞的驅動(dòng)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，這種驅動(dòng)方式比普通驅動(dòng)方式具有更高的精度，更加適合于高精度加工。下死點(diǎn)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(huì )超過(guò)1%。這種沖壓機適用于要求上下模具對中性高的加工。 
        SL驅動(dòng)方式和VL驅動(dòng)一樣是一種作用于滑塊上的側向力幾乎為零的驅動(dòng)方式，但其行程可以做的更長(cháng)，適用于下死點(diǎn)以上更高的位置上開(kāi)始速度變化很少的擠壓加工。驅動(dòng)方式曲軸與揺動(dòng)連桿滑動(dòng)連接，滑塊通過(guò)連桿與搖動(dòng)連桿機構連結。這種連桿機構保證連桿在工作中保持基本垂直狀態(tài)。 
        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(jìn)行加工。搬送裝置可用各種各樣，如吸盤(pán)式或夾爪式的三維伺服多工位搬送裝置等。
 
數控沖床 
 
數控沖床具有CNC控制系統，能根據加工方法的需要任意設定滑塊的運動(dòng)方式和速度。 
 
▲ 螺桿式數控沖床
        伺服工作機是使用AC伺服馬達通過(guò)螺桿驅動(dòng)滑塊的，成形中下死點(diǎn)的位置可通過(guò)位置讀取裝置提供數據給位置控置裝置進(jìn)行控制。因此，機械的熱膨漲和彈性變形不會(huì )影響產(chǎn)品的精度，調整出zui適合的滑塊運動(dòng)方式及以微小的單位控制下死點(diǎn)的位置。所以適用于高精度高機能的無(wú)切削成形螺桿式伺服沖床采用油壓馬達和儲能器進(jìn)行扭矩控制的形式，下死點(diǎn)的位置控制可達到微米級，是節省能源且有環(huán)保要求的機種。 
 
▲ 曲軸式伺服沖床 
    曲軸式?jīng)_床與AC伺服馬達組合起來(lái)的數控沖床。這種沖床是用伺服馬達代替原來(lái)沖床上的離合制動(dòng)器和飛輪。這種沖床具有滑塊運動(dòng)模式可任意設定的伺服沖床的特點(diǎn)，同時(shí)具有普通機械式?jīng)_床的扭矩特點(diǎn)。但其工作能量在低速區不會(huì )降低。
 
▲ 復動(dòng)成形沖床 
        復動(dòng)成形是無(wú)切削成形的有力手段。在冷間鍛造中的閉塞鍛造就是一個(gè)例子，是通過(guò)控制多個(gè)沖頭、凹模的動(dòng)作和時(shí)間圖來(lái)達到控制材料塑性流動(dòng)的目的。制品的精度和成形性可獲得提高，甚至可以縮短工序數量。 
        復動(dòng)成形粗略可分為兩大類(lèi)：重視沖床的通用性使用復動(dòng)模架的復動(dòng)成形；多品種用模具裝拆容易的使用復動(dòng)沖床的成形。zui近不僅在鍛造加工上，同時(shí)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(shí)，要求沖床不僅具有多動(dòng)作性能，還須具備高的通用性。 
 
▲ 閉塞鍛造沖床 
        星形輪及十字連軸節的成形已普遍利用閉塞鍛造模具及通用鍛造沖床。其模具結構具有閉塞機能和協(xié)調機能。其它可節省模具裝配時(shí)配管時(shí)間的閉塞鍛造沖床可分成兩類(lèi)：這些功能全在沖床里和上下油缸在沖床上而協(xié)調機構在模座上兩種形式。 
 
▲ 板材鍛造沖床 
        隨著(zhù)板材鍛壓成形的普及，要求鍛造沖床能進(jìn)行拉深成形或縮短工程數，因此要求滑塊和工作臺須帶油缸。原來(lái)的閉塞鍛造幾乎都是采用高能力的常壓動(dòng)作，板材鍛造除了要求與工法相適應的常壓動(dòng)作之外，還要求帶有順序動(dòng)作、自鎖等功能。 
 
▲ 齒輪成形用沖床
        螺旋齒輪成形用復動(dòng)油壓沖床。這種沖床共有滑動(dòng)驅動(dòng)用、滑塊內2個(gè)、工作臺內2個(gè)，共５個(gè)驅動(dòng)源全部合用1個(gè)油壓式驅動(dòng)裝置。 
 
        成形的初期階段與常壓頂桿方式的內圈鍛造成形一樣，凸模插入閉塞中的凹模齒形空間，材料從下方開(kāi)始流動(dòng)進(jìn)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(shí)工件內徑部又有了新的空間，可以產(chǎn)生新的塑性流動(dòng)，所以加大壓力材料就可充滿(mǎn)齒形的先端部位。加工壓力只有1300 Mpa，齒形部的塌角及毛剌小。利用復動(dòng)成形對材料流動(dòng)進(jìn)行控制成形出來(lái)的齒輪可達JIS3~4級，這非常接近于高附加值的無(wú)切削成形。

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