要理解冲压机技术的基础,至少需要能够回答以下一些基本问题:
在研究冲压机的结构之前,你必须退一步看看冲压机的功能。
冲压机功能
冲压零件是在两个模具部件之间加工金属制成的,这些部件称为上模和下模,金属可以是板料或卷材,加工方式包括成形、拉深、修边、冲裁或穿孔(参考第 22 页的“冲压 101:模具基础”)。上模部分固定在滑块上,下模部分则紧固在床身或底座上。模具的构造是为了反复制造出符合要求的形状和尺寸,以满足生产所需的数量。模具的两个部分在压力机里闭合,必须满足最终冲压和装配零件的精确度与一致性标准,这既要求有足够的力量,也要求有很高的准确度。
冲压产品采用多种不同材质打造。譬如,罐装饮品选用铝材;众多汽车配件以高强钢打造;门把和锁件多由黄铜制作。至于结构件,像钉板、托梁支架这类,普遍使用镀锌钢来制造。
将模具尺寸与冲压机匹配
调整模具规格需配合冲压设备,涉及两种测算。首先是压力大小,其次是能量使用量。全球所有冲压设备的额定承重(以吨计的力度)均指一个冲压周期内,从最低点(BDC)到下一个最低点期间所能提供的力量。
冲压机的吨位额定值和飞轮产生的能量是两个不同的概念。每台冲压机都有制造商提供的能量数据,而且每台机器的数据都不一样。飞轮的能量取决于其尺寸和传动比。这也导致冲压机的价格差异非常大。
确定模具规格时必须开展全面核查。部分工程师虽在模具构思、制造或压力机购置方面具备丰富技能,却全然缺乏跨领域认知,他们极易陷入仅关注两种计算方式之一的误区。最终,当项目临近收尾,人们才会惊觉:为何该零件始终无法投入生产?
冲压机驱动装置和机架
压机主要有四种类型,分别是机械型,可以参考页面顶部的图示,液压型,伺服型,以及气动型。这些分类的命名依据是驱动力的来源,这种力会施加在模具上,从而制造出最终的冲压产品。每种类型的压机都可以有两种不同的机架构造,一种是直立的,另一种是C形的。而且,每种类型的压机都可以配备单作用或双作用的冲头。小型冲压设备可以选用单动或双动配置,具体选择需评估精度要求是否足以支撑双动配置带来的额外费用,以判定其经济性。
直边压力机配置了双轨和四到八个滑块轨道,这样能够降低偏移,因而有助于更有效地应对偏心载荷。
C形冲压机的轮廓类似英文字母C或G,多数采用手动驱动方式,结构上属于开放式设计,因此当受到偏心载荷作用时,其发生倾斜变形的倾向性要高于直边式冲压机,滑块的运动轨迹由两个V形导轨或者箱型导轨进行导向。
转移机、液压成形机、热锻设备和摩擦螺旋冲压机等,属于专门用途的设备。
机械冲压机传动装置
机械冲压机还可以依据驱动模具受力装置的不同类型加以区分:有飞轮式的,有单齿轮的,有双齿轮的,有双动的,有连杆的,连杆也称作交替滑动运动,还有偏心齿轮的。
所有机器的动力源自驱动巨型轮子的马达,该轮子储存着势能,能以多种方式传递能量。每当冲压设备完成一个完整的周期,轮子中的能量就在零件成型过程中被消耗掉。轮子因此会减速,速度通常会降低十分之一到五分之一。接着,马达在冲压设备上升阶段将这部分失去的能量重新补充到轮子里。这样,冲压设备就能为下一个周期做好了准备。
飞轮的减速率,以每分钟冲程数计量,若高于百分之十五,电机便无暇补充所损耗的动能,导致压力机速度急剧下降。连续几次冲程之后,压力机会在最低位置被卡滞。这种情况通常源于模具吨位或能量估算出现偏差。
操控压力机的开启与关闭,必须借助电子操控设备来管理离合机构与制动机构,这些机构接着让飞轮同压力机传动单元分离。多数离合机构与制动机构由弹簧提供动力,并且配备气动或液压解锁装置。离合机构与制动机构的停用时长,对于判定压力机运行速率以及保障操作者与模具安全具有决定性作用。
利用飞轮提供动力的机械式压机,这种设备(见图 1)能够执行打孔、切割、折弯等工艺,以及借助连续模完成极浅的拉伸作业。标准压机的吨位范围介于 30 到 600 吨。它们可以高速运转,基础速度在每分钟 125 到 250 次之间,而高端速度则能超过每分钟 1000 次。为了确保压机速度,其冲程长度设计得尽可能短。单次行程长度是一英寸二分之一,若在较慢节奏时须要补充动力,可在动力源上增设一个配重轮,即便如此,动力输出也无法企及齿轮式压机的程度。
图 1. 在非齿轮传动方式里,飞轮、离合装置和制动装置安装在偏心轴或者曲轴上,通常情况下,从半速调整到全速的过程中,能够得到完整的动力输出。
飞轮驱动压力机往往在压力机循环到达最低点前 0.062 英寸到最低点这个区间内达到最大承载能力。飞轮、离合器以及制动器都安装在偏心轴或者曲轴上。通常情况下,在压力机速度达到最高值的一半到最高值这个范围内,能够获得全部的机器能量。不过,还是需要和压力机的生产厂商进行核实。
当板材的厚度超出压机所能承受的极限,就必须认真复核模具的设计参数。在运用极速运转时,必须掌握应对材料剧烈反作用力以及设备自身震动的措施。
飞轮压力机的构造利用上模和冲头重量的动态均势,借助反向作用力。倘若缺乏这种反向作用力,当机器高速运转时,会倾向于在地面上滑动。
单齿轮式机械压力机是汽车行业合同冲压企业普遍采用的一种设备,具体结构可参考图 2。其吨位规格介于 200 至 1600 吨之间,滑块部分采用双点连接设计。齿轮传动比的设计使得飞轮能够高速旋转,从而有效储存能量,而压力机的运行速度则显著低于飞轮式设备。这类压力机通常在滑块接近下死点时,于 0.250 至 0.500 英寸的范围内达到最大出力。确定适配您软件的规格参数,需要依据模具的能耗状况。这个规格参数,会关系到压机成本,也关系到动力单元的规格大小。
图 2。汽车制造业合同冲压服务商普遍采用此类压力机运作模式,该模式允许机器在每分钟仅完成二十八次冲压的极低连续速度下运作,而一般压力机的典型运作速度区间介于每分钟四十次到八十次冲压之间。
单齿轮压力机能进行浅拉深或成型、冲孔及下料的连续冲压作业。该设备可在每分钟28次至80次之间运行,常见速度区间为40至80次,行程长度为12英寸。须注意能量使用原则,全能量输出通常出现在最高速度的一半至最高速度的区间内
不断探索配备两端动力的压机,这种压机拥有对应的螺旋齿条和偏心轮。这样做能够提升精确度,降低偏移,还能延长其使用年限。
单齿轮驱动可以配备替代滑动运动(ASM)或连杆驱动。
这种压力机是双齿轮式机械压力机,当连续生产速度要求低于 28 SPM 时,可以选用它,参见图 3。它适合于进行重型作业,特别是用于冲压高强度的钢材。通过驱动齿轮比的设计,飞轮能够维持稳定转速,而压力机的实际运行速度则比飞轮和单齿轮压力机都要低。依据飞轮的尺寸规格,这种驱动方式能够输出极高的能量。压力机吨位从 200 到 1,600,滑块有两点连接。
图 3。若生产节奏要求每分钟不足 28 次连续作业,则应选用此驱动模式。该模式主要面向大型作业场景,尤其擅长加工高强度的钢材材料。
双齿轮式压机用于动力传递给模具工作。动力传输一般以每分钟十五到三十次的速率进行。此类压机的额定行程通常为从下死点至上死点半英寸。部分压机配备特殊动力装置,其额定行程为从下死点至上死点一英寸,主要用于带传输和渐进式模具的拉延、成形、冲切及穿刺作业。
该驱动可以配备替代滑动运动或连杆驱动。
通过连杆机构实现驱动或取代滑动动作。该方案能在压力机运作环节中的工作时段减缓冲头行进速率。同时它或许有助于产量提升最高可达四分之一,具体数据参见图 4。
图四显示,通过连杆机构进行驱动,能够替代传统的滑块运动方式,在冲压过程中的关键阶段,有助于减缓滑块的运动速率。
偏心式齿轮驱动的机械压力机,这种设备与动力装置搭配使用,主要面向需要极大行程的应用场合,一般行程要达到24英寸以上(见图5)。双齿轮压力机的各项性能指标,对于这种动力布局同样适用;不过,因为齿轮传动机构的布局方式,以及滑块导向衬套调整时所需要的额外空间,它的精确度不及偏心轴驱动的压力机。
图 5. 当行程需求很大时,选用偏心齿轮压力机和驱动装置比较适宜;但是,这类装置的精确度不如偏心轴。
双动式压机配备两个活动块,其中一块嵌套在另一块里面,如图 6 所示。每块活动块都设有两个与偏心轴的连接点。两块活动块的运行距离不一样,运作顺序安排得让外侧活动块充当压边装置,内侧活动块负责执行拉延动作。
图 6。该装置包含两个滑块,一个嵌套在另一个之中。它们的运行过程各不相同,运作顺序安排为外层滑块充当压边部件,内层滑块负责执行冲压任务。
这种压力机可用于深拉延工艺,比如制造易拉罐,它还是汽车制造厂里最先用于成型汽车外壳面板的设备。
液压冲压压力机
液压压力机近些年得益于电子与阀门领域的革新和优化,实现了长足的发展。这类设备特别适合进行深拉伸作业,它们能确保在整个工作过程中持续输出最大负荷。
此外,您可以编程控制滑块闭合模具时的速度。
您能够为迅速返程设置路径,也可以依据实际情形变更路径的长度,借此达成泵构造所能实现的最高的每分钟冲程数。
液压泵为液压缸或多个液压缸输送动力,促使滑块向下运作。可以设定压力值,当达到这个数值时,阀门会启动压力反向,从而防止设备超载。这种压力机的构造及其运用方式,使得模具在操作中起主导作用,因此其导向系统无需像渐进式冲压机械压力机那样要求高精度。液压压力机的作业速率一般比机械压力机要慢。
常见冲压机术语