文／閔建成·江蘇省徐州鍛壓機床廠集團有限公司

高速精密壓力機發(fā)展研究

文／閔建成·江蘇省徐州鍛壓機床廠集團有限公司

高速精密壓力機的發(fā)展過程

高速精密壓力機的發(fā)展已有幾十年的歷史，1911年美國HENRY＆WRCHT（亨利拉特）公司制造的DIENGMACHNE壓力機是世界上第一臺高速壓力機。該機為下傳動結構，重心低，容易操作。20世紀50年代隨著晶體管收音機、洗衣機和電視機等家用電器的發(fā)展，1953年德國SCHULER（舒勒）公司生產出首臺1250kN閉式雙點上傳動高速壓力機，接著瑞士BRUDERER（布魯?shù)聽枺┮采a出了BAST閉式上傳動高速壓力機。隨著半導體和電子工業(yè)的快速發(fā)展，大規(guī)模集成電路和電器元件、微電機、芯片等產品的需求量也快速增長，這也促進了高效率、高精度的高速精密壓力機的快速發(fā)展。由于CNC技術在高速精密壓力機上的應用，沖壓過程能自動完成送料、沖壓、計數(shù)、更換成品箱、停機、更換另一種產品模具并重新生產等工作，目前，高速精密壓力機正向數(shù)控化和柔性自動化方向發(fā)展。

20世紀80年代國內開始生產高速壓力機，主要廠家有：徐州鍛壓機床廠集團有限公司（以下簡稱“徐鍛”）、揚州鍛壓機床股份有限公司（以下簡稱“揚鍛”）、中山市勝龍鍛壓機械有限公司等。國內高速壓力機的發(fā)展主要體現(xiàn)在開式高速壓力機產品方面，主要的結構形式有三圓導柱式和V形加長導軌的形式，行程次數(shù)大多在400～1200次/min；閉式高速壓力機競爭力比較強的只有徐鍛和揚鍛，它們在技術上處于領先地位，結構為八面預應力導軌，帶動態(tài)平衡裝置、滑塊鎖緊裝置等。徐鍛2004年已開發(fā)出了速度達1200次/min的SH系列SH-25開式高速精密壓力機、VH系列開式高速壓力機、JF75G系列閉式雙點高速壓力機，現(xiàn)在正在研制JL75G-60超精密高速壓力機，這種壓力機裝模高度可以動態(tài)調節(jié)，下死點精度超過日本JIS特級標準；研發(fā)的JK36系列高速壓力機，其最大噸位達6300kN。

高速精密壓力機的相關技術背景

⑴采用新材料。為減少運動部件質量，日本KYORI公司Mach系列超高速精密壓力機的滑塊采用了新材料——陶瓷-鋁合金復合材料，活動部分重量大大降低，使慣性力下降了40％。日本ISIS公司的產品，其驅動部件和連接件采用低熱膨脹系數(shù)的合金鑄件NobinateCD-5，其線膨脹系數(shù)為鋼的1/4～1/3，使慣性力大大下降。

⑵采取新結構。日本KYORI公司BeatANEX系列高速壓力機采用對稱曲柄—肘桿機構，連桿和肘桿的熱變形互相抵消，不但減少了熱變形對滑塊運動位置精度的影響，而且降低了滑塊在下死點附近的速度，提高了加工性能。由于采用了熱平衡設計和結構上的其他措施，其運轉8h內下死點位置的變化以及速度調節(jié)后下死點位置的變化均能控制在0.01mm左右。

⑶采用復合軸承。日本AIDA公司的高速精密壓力機主傳動采用組合軸承（滾動＋滑動），這樣既減少了摩擦力，又增加了強度。

⑷采用油—水冷卻器。瑞士布魯?shù)聽柟镜漠a品設有油—水冷卻器，用以控制溫度的變化，減少溫度對運動精度的影響。

⑸微量調節(jié)裝模高度。瑞士布魯?shù)聽柟镜漠a品，其裝模高度可進行動態(tài)微量調節(jié)，下死點精度極高。

⑹改善滑塊導向。瑞士布魯?shù)聽柟镜漠a品，其導向軸承可自動補償熱變形，且導向元件與條料位于同一平面。日本KYORI公司Mach系列產品則采用新型的動靜壓混合導向機構，以提高導向精度。

⑺進一步提高自動化水平和工作可靠性。瑞士布魯?shù)聽柟镜漠a品采用計算機控制、圖形顯示，使滑塊位置、送料長度均能實現(xiàn)實時檢測和控制，調整數(shù)據及模具參數(shù)儲存在計算機中，在模具調整時大大節(jié)省了換模調節(jié)時間，選擇適當?shù)目偩€系統(tǒng)還可實現(xiàn)數(shù)據的集中管理。

⑻行程次數(shù)高。日本YAMADADOBBY公司的高速壓力機最高行程可達4000次/min。

高速精密壓力機技術難點和解決措施

⑴下死點動態(tài)精度（BDC）變化。解決措施：多連桿高剛性低慣量傳動系統(tǒng)研究——運動學、動力學方程的建立及機構精確度分析；下死點溫度位移控制的理論分析（熱分析、控制策略）——對整機及關鍵零件進行熱分析，在此基礎上進行選材；多連桿驅動機構的補償機構的動力學分析、結構設計及控制系統(tǒng)的研究；下死點伺服動態(tài)補償機構的研究；滑塊精密導向技術研究；總間隙控制研究。⑵振動大。解決措施：多連桿高速壓力機動平衡方式及理論計算研究；減振墊結構研究。⑶高速壓力機熱變形。解決措施：精密重載支撐技術研究；滑動副的材質研究。⑷可靠性問題。解決措施：高剛度機身分析，減輕質量，提高固有頻率研究；離合制動快速響應研究。⑸高速精密送料。解決措施：先進伺服送料技術研究。⑹高耐用模具。解決措施：研制壽命大于2億次的高耐用模具。⑺高速壓力機標準低的問題。解決措施：研究國際精密引線框架高速精密數(shù)控沖壓線技術標準；制定、規(guī)范高速壓力機技術條件和精度標準。⑻復雜零件難成形問題。解決措施：控制系統(tǒng)智能化及可視化技術、多通道模具監(jiān)控系統(tǒng)研究。

徐鍛高速精密壓力機結構特點及應用

SH系列超高速精密壓力機

徐鍛SH系列超高速精密壓力機如圖1所示。

⑴床身結構：采用高強度、高牌號鑄件，利用設計軟件進行模擬運動分析、受力分析、振動分析、動態(tài)優(yōu)化設計。

⑵滑塊導向裝置：采用國際先進的三圓導柱靜壓導向結構，即滑塊采用導柱和導套導向，并在滑塊后部加裝兩個圓導柱輔助導向，摩擦材料為性能優(yōu)越的巴氏合金材料。同時在前后左右四個方向加工出油室，在各油室處加裝阻尼孔。

⑶動態(tài)平衡機構：將平衡部件放置在機身內腔中，合理地布置在連桿兩側。

圖1徐鍛SH系列超高速精密壓力機

⑷曲軸支撐：采用四點組合軸承（滾動軸承＋滑動軸承）的形式，合理地選擇了軸承游隙以及軸瓦間隙，可以有效地發(fā)揮滾動軸承和滑動軸承的優(yōu)點，即在沖壓時充分利用滑動軸承的高承載能力，在非工作期間可以充分發(fā)揮滾動軸承的高速度、低阻力。

⑸液壓式滑塊鎖緊機構：增加液壓滑塊鎖緊機構，防止滑塊裝模高度變化。

⑹冷卻裝置：增加冷卻裝置，降低熱量，使機床在一段時間內達到穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)。

該系列壓力機主要用于小型薄板類零件的生產，生產的零件如圖2所示。

圖2易拉罐蓋

JF75G-125A高速壓力機

JF75G-125A高速壓力機如圖3所示。

圖3JF75G-125A高速壓力機

⑴床身結構：采用組合式三段預應力床身，由上橫梁、左右立柱、工作臺組成，拉桿預緊力為公稱力的兩倍，三段連接部位采用定位套方式。下底座采用整體鑄造結構。

⑵滑塊部件：導向結構方面，八面體預緊滾動導軌（無間隙）和導柱導套結合導向，預緊滾動導軌采用日本THK公司的直線軸承；滑塊體結構方面，采用全鋼、箱形結構，進行熱時效處理；間隙消除結構方面，采用液壓預鎖緊結構。

⑶傳動結構：主軸四點支承，采用日本NSK公司的滾動軸承，滑塊與主軸聯(lián)接部位也采用日本NSK公司的滾動軸承；采用意大利鋁合金機體的低慣量分體式摩擦離合器—制動器結構。

⑷動平衡機構：采用副滑塊動平衡機構，平衡滑塊垂直方向的慣性力；采用氣囊式平衡滑塊結構。

該款壓力機主要用于電機定子/轉子、變壓器片等零件的生產，生產的零件如圖4所示。

圖4轉子/定子和變壓器片

JL75G-60超精密高速壓力機

JL75G-60超精密高速壓力機如圖5所示。

圖5JL75G-60超精密高速壓力機

⑴床身結構：采用組合式預應力鑄造床身，由上橫梁、左右立柱、下橫梁組成，拉桿預緊力是公稱力的兩倍。

⑵傳動結構：采用多連桿驅動形式，壓力機行程隨工藝要求而變化；滑動軸承材料使用鈹銅合金，解決壓力機發(fā)熱問題。

⑶潤滑結構：采用大流量恒溫潤滑系統(tǒng)，解決壓力機下死點精度變化。

⑷滑塊結構：使用合金鑄造結構；設有壓力機裝模高度動態(tài)調整機構；采用小間隙高剛度六圓導柱形式。

⑸下死點：采用動態(tài)補償結構。

該款壓力機主要生產高精密電子、電器類零件，特別是引線框架類零件。

高速精密壓力機自動化輔助裝置

零件輸送裝置

高速精密壓力機速度非常高，每分鐘送料需達到150m以上，采用伺服送料機可以達到這一要求，且送料精度也沒有問題。電機定子輸送裝置如圖6所示。

圖6電機定子輸送裝置

模具

高速精密壓力機高的行程次數(shù)，使得對模具耐用度的要求也大大提高。按每分鐘500次、每小時60分鐘、每天10小時計算，每天30萬次，30天的話就要達到900萬次。按一個月計算，模具壽命需達1000萬次以上，否則，很短時間內就需更換模具。按一年計算，模具壽命需達一億次以上，現(xiàn)在比較好的模具，已經可以達到這一要求。幾種高速精密壓力機模具類型如圖7所示。

圖7高速精密壓力機模具類型

檢測儀器

隨著電子技術和控制技術的發(fā)展，國內已開始使用高速精密壓力機自身溫度檢測、下死點動態(tài)精度檢測裝置。徐鍛使用的下死點動態(tài)精度檢測裝置如圖8所示。

減振器

高速精密壓力機減振或隔振技術經過多年的研究已經成熟，有彈簧加阻尼減振、氣彈簧減振和彈簧減振三種方法，不同噸位和不同行程次數(shù)的高速精密壓力機，采取哪種方法要經過計算才能決定，而彈簧加阻尼減振的效果最為理想。彈簧加阻尼減振器如圖9所示。

表1適合引線框架的高速精密壓力機精度標準與日本JIS精度標準比較

圖8徐鍛使用的下死點動態(tài)精度檢測裝置

圖9彈簧加阻尼減振器

閉式高速精密壓力機精度標準

現(xiàn)行的行業(yè)標準JB/T8782—1998《閉式高速精密壓力機精度》已無法滿足引線框架、端子等要求比較高的行業(yè)了，必須開發(fā)超精密高速數(shù)控壓力機來滿足，所以需要有新的行業(yè)標準，而新的閉式高速精密壓力機的精度標準也正在修訂中。適合引線框架的高速精密壓力機精度標準與日本JIS精度標準比較見表1。

高速精密壓力機市場分析

隨著數(shù)碼家電、汽車、航天航空、光纖、電子通信等技術的發(fā)展，高精密零件的需求量不斷增長。例如，近幾年我國引線框架行業(yè)除在2008年稍遇波折發(fā)展有所滯緩之外，其他年份發(fā)展勢頭都非常良好，相信隨著這些高精密零件需求量的不斷增長，高速精密壓力機的需求量在未來也將會快速增長。

2006年由國務院發(fā)布的《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》中，將“高檔數(shù)控機床與基礎制造技術”列為16個重大專項之一，把“新一代信息功能材料及器件”列為制造業(yè)的優(yōu)先主題之一，相信在國家政策的引導下，高速精密壓力機的市場會越來越廣闊。

結束語

在高速精密壓力機方面國外已經研究了一百多年，國內經過幾十年的發(fā)展，在相關產品和行業(yè)已經取得了一定成績，但與國外還有一定差距。不過相信在國家政策的扶持下，在眾多高速精密壓力機企業(yè)的共同奮斗下，中國高速精密壓力機一定會迎頭趕上。

閔建成，研究員級高工，副總工程師，主要從事鍛壓機械自動化、數(shù)字化、精密化、環(huán)保化方向的研究，主持了大型數(shù)字化閉式雙點壓力機、閉式單點壓力機、高速精密壓力機等多種產品的研制工作，獲多項省市科技進步獎。