高精度高附加值的成形加工.doc

高精度、高附加值的成形加工在持续严竣的经济环境中，无切削成形和环保的加工方法是企业与竞争对手拉开距离并在竞争中胜出的有力手段。高精度、高附加值的成形加工在无切削成形中不可或缺，为了实现这些要求就必须严格控制从材料到形成产品的全过程，冲床就是其中一个重要的技术要素。冲床的基本特性机械冲床的特性与产品精度密切相关。冲床的特性主要有两个：一是刚性，包括纵向刚性（滑块与工作台的拱曲及机架的弹性伸长）与横向刚性（偏心负荷影响下滑块的水平移位）;二是滑块的运动特性，包括垂直度、平行度、直线度等，对产品的精度影响比较大。根据成形法、成形速度、生产特性等选用冲床时，就必须考虑冲床的这些特性。产品的精度不仅与冲床有关，还与材料、模具、润滑等有关。就冲床本身而言，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特性有关。只有提高这些特性，才能达到提高产品精度、延长模具寿命、提高生产稳定性的目的。根据驱动机构的不同，机械式冲床主要有：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及在下死点以上很高位置滑块速度就开始减慢且具有很大扭矩的连杆式冲床。在选用锻造冲床时，如果以生产特性为主，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;如果是需要很高位置上的成形或闭塞锻造，就选用连杆式冲床。冲压机械正朝着高精度、高刚性、合适的滑块运动特性、智能化、多方向运动及环保等方向发展。机械式冲床的发展动向通用冲床的高刚性、高机能化原本通用的C形冲床（见图1）在不断追求高精度、高机能化，由此开发出一体型龙门冲床和带AIDA连杆驱动机构的在下死点附近速度很慢而SPM不受影响的连杆式冲床。此连杆式冲床在驱动齿轮与曲轴间介入了两个偏心连杆，当驱动齿轮转动时，由于连杆的连接角度变化，曲轴就做不等速运动。此连杆机构与其他的连杆机构不同的是受压部的连接点少而综合间隙小。连杆式机构比肘杆式机构的扭矩更大，可实现在下死点更高位置的成形。垂直连杆式（VL）驱动方式应机械式冲床高精度、高刚性的发展要求，开发出了垂直连杆式冲床（VL系列），其驱动方式（见图2）是在普通的肘杆式机构中加上垂直连杆和支点连杆，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;而普通机械冲压机由于连杆是斜压在滑块上，使滑块受到很大的不良横向力。因此，这种驱动方式比普通驱动方式具有更高的精度，更加适合于高精度产品的加工。滑块连杆式（SL）驱动方式SL驱动方式与VL驱动方式一样，作用于滑块上的侧向力几乎为零，但其行程可以做得更长，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。曲轴与摇动连杆滑动连接，滑块通过连杆与摇动连杆机构连接，这种连杆机构可以保证连杆在工作中基本保持垂直状态。一般地，垂直连杆式冲床多用于顺送加工，但在形状复杂零件的加工中，有的采用先顺送加工，后半部分为多工位搬送的复合方式进行加工（见图3），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。数控冲床数控冲床具有CNC控制系统，能够根据加工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冲床（见图4）使用AC伺服马达通过螺杆驱动滑块方式，成形中下死点的位置可通过位置读取装置读取，然后把数据提供给位置控制装置进行控制。因此，机械的热膨胀和弹性变形不会影响产品的精度，可以调整出最适合的滑块运动方式及以极其微小的单位控制下死点位置，适用于高精度、高机能的无切削成形。螺杆式伺服冲床采用油压马达和储能器进行扭矩控制，下死点的位置控制可达到m级，既节能又环保。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（见图5），采用伺服马达代替原来冲床上的离合制动器和飞轮。这种冲床既具有伺服冲床的滑块运动模式可任意设定的特点，又具有普通机械式冲床的扭矩特点，但其工作能量在低速区不会降低。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就是一个典型例子，通过控制多个冲头、凹模的动作和时间图来达到控制材料塑性流动的目的，可明显提高制品的精度和成形性，甚至可以缩短工序数量。复动成形可粗略地分为两大类：一是重视冲床的通用性使用复动模架的复动成形;二是多品种生产用模具装拆容易的使用复动冲床的成形。最近，在锻造加工中，随着板金成形与锻造复合成形的多样化及能力的不断提高，要求冲床不仅具有多动作性能，还必须具备有较高的通用性。闭塞锻造冲床星形轮及十字连轴节的成形已普遍采用闭塞锻造模具及通用锻造冲床，其模具结构具有闭塞机能和协调机能。其他可节省模具装配时配管时间的闭塞锻造冲床可分成两类：一种形式是这些功能全在冲床里;另一种形式是上下油缸在冲床里而协调机构在模座上。板金锻造冲床随着板金锻压成形的普及，要求锻造冲床能够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有油缸。原来的闭塞锻造几乎都是采用高能力的常压动作，板金锻造除了要求与工序相适应的常压动作之外，还要求带有顺序动作、自锁等功能。如图6所示的挤压模具可冲压制造出外形带齿形的产品等，上顶杆比凸模先进入凹模中，反顶杆提供背压进行正挤压动作，成形后反顶杆按预定的时间保持后进行脱料动作。齿轮成形用冲床螺旋齿轮成形用油压复动冲床（见图7）共有1个滑动驱动、2个滑块内驱动、2个工作台内驱动共5个驱动源，全部采用油压式驱动。成形的初期阶段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，材料从下方开始流动进行初成形。在这种状态下，上顶杆上升，材料中心的顶杆直径由粗变细。此时工件内径部又有了新的空间，可以产生新的塑性流动，所以加大压力就可使材料充满齿形的前端部位，其模具结构见图8。图9为用此方法加工出来的产品，加工压力只有1300Mpa，齿形部的塌角及毛剌极小。利用复动成形对材料流动进行控制制造出来的齿轮可达JIS34级，非常接近于高附加值的无切削成