精沖機(jī)在機(jī)電所的發(fā)展歷程

文/高軍，趙彥啟，杜貴江，彭群?北京機(jī)電研究所

精沖機(jī)在機(jī)電所的發(fā)展歷程

文/高軍，趙彥啟，杜貴江，彭群?北京機(jī)電研究所

高軍，研究員。專業(yè)方向：鍛壓技術(shù)。研究成果：新的研發(fā)多次參加國家重大科技項目。參與編寫《沖模技術(shù)》《沖壓叢書》等著作，發(fā)表數(shù)十篇論文，參與并獲得國家專利15項。

精沖機(jī)是實現(xiàn)精密沖裁的專用設(shè)備，專為完成精沖工藝和精沖復(fù)合工藝而設(shè)計制造?；咎攸c(diǎn)是具有三向力作用，獨(dú)立可調(diào)；滑塊導(dǎo)向和換向精度高；機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性好；有自動化條件；安全可靠等。

原一機(jī)部北京機(jī)電研究所作為國內(nèi)最早研究與開發(fā)精沖技術(shù)的單位之一，又是國家精沖技術(shù)研究開發(fā)中心，對精沖理論和精沖工藝與設(shè)備等進(jìn)行了卓有成效的研究，為國內(nèi)精沖工藝的推廣、應(yīng)用做了大量工作。其中，代表著精沖技術(shù)發(fā)展的裝備——精沖機(jī)，也歷經(jīng)數(shù)十年的研究與發(fā)展，經(jīng)過幾代人的努力，北京機(jī)電研究所已研制成功擁有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動精沖機(jī)，并成為今后重要研究方向。

精沖機(jī)在機(jī)電所發(fā)展的三個階段

早在20世紀(jì)70年代，北京機(jī)電研究所精沖中心就開始對精沖機(jī)進(jìn)行研發(fā)。到20世紀(jì)80年代，北京機(jī)電研究所發(fā)明的專利“一種靜壓軸承”，應(yīng)用于精沖壓力機(jī)的滑塊導(dǎo)向，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了“內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌”，從而奠定了北京機(jī)電研究所研發(fā)精沖機(jī)的基礎(chǔ)。在此核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出“采用內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)的精沖壓力機(jī)”，機(jī)電所第一代精沖機(jī)就此誕生，見圖1。該設(shè)備也獲得了國家發(fā)明專利。

第一代靜壓導(dǎo)軌式精沖機(jī)成為國內(nèi)第一臺能同時提供3個力的真正意義上的精沖壓力機(jī)。由于當(dāng)時條件所限，該精沖機(jī)只有主機(jī)，無自動送料裝置，需人工送料，生產(chǎn)效率并不高。但從1986年至今，該設(shè)備一直在使用，設(shè)備性能尤其是靜壓導(dǎo)軌的導(dǎo)向性能非常穩(wěn)定，由此證明采用內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)的精沖機(jī)這一設(shè)計方向是正確的，后期的任務(wù)就是如何完善和提高其性能。

圖1 第一代靜壓導(dǎo)軌式精沖機(jī)

為了提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，1995年北京機(jī)電研究所又研制出一臺具有送料裝置的半自動精沖機(jī)。該設(shè)備對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，并安裝了夾鉗式送料裝置，適用于條料精沖。成為北京機(jī)電研究所的第二代靜壓導(dǎo)軌式精沖機(jī)，見圖2。

圖2 第二代靜壓導(dǎo)軌式精沖機(jī)

隨著中國精沖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高效的全自動精沖壓力機(jī)的使用越來越普遍。2010年，在國家“04專項”精沖平臺建設(shè)項目的支持下，北京機(jī)電研究所與揚(yáng)州鍛壓機(jī)床股份有限公司等單位合作，對前兩代精沖機(jī)進(jìn)行了重大技術(shù)改進(jìn)，沿用國家發(fā)明專利“內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌”技術(shù)，重新優(yōu)化技術(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時配置了卷料開卷、校平、送料裝置，研制出新一代全自動液壓精沖壓力機(jī)，即第三代靜壓導(dǎo)軌式精沖機(jī)，見圖3。

圖3 第三代靜壓導(dǎo)軌式精沖機(jī)

新一代全自動液壓精沖壓力機(jī)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

⑴臺階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌，見圖4?；瑝K導(dǎo)向采用了主柱塞上部和主柱塞下部的臺階式圓柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，上、下圓柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的徑向間隙為分段特殊設(shè)計值。當(dāng)出現(xiàn)偏載時，上、下圓柱導(dǎo)向壁面間在缸內(nèi)油壓作用下，形成不完全平衡型靜壓支承效應(yīng)，不僅產(chǎn)生強(qiáng)大的抗偏載能力，而且具有良好的潤滑作用，改善了摩擦條件。

圖4 靜壓導(dǎo)軌示意圖

在液壓精沖機(jī)上采用臺階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌優(yōu)點(diǎn)十分突出，主要包括：

1)采用臺階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌的精沖壓力機(jī)，構(gòu)思巧妙，實現(xiàn)了兩個二合一，即導(dǎo)軌和液壓缸二合一，導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)和主油路系統(tǒng)二合一。取得了結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉而性能優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

2)剛性突出。實驗表明，導(dǎo)軌在承受顛覆力矩100kN?m的情況下，仍能保持油膜潤滑，這是采用一般滑動導(dǎo)軌的精沖壓力機(jī)所不可比擬的，其剛性也遠(yuǎn)優(yōu)于滾動導(dǎo)軌和一般滑動導(dǎo)軌。

3)實驗表明，壓力機(jī)在承受額定負(fù)載時，上下導(dǎo)軌的總端泄量不超過2.0L/min。即臺階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌本身所耗的能量很小，主油路系統(tǒng)的油泵、電機(jī)不需要額外增容。

4)臺階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌的封油邊面積大，不易產(chǎn)生堵塞、工作可靠。由于導(dǎo)軌和柱塞始終被油膜隔離而不接觸，導(dǎo)軌的磨損小、壽命長。

⑵封閉高度調(diào)節(jié)采用下置限位螺母。精沖模具間隙極小，為避免凸模與凹模刃口互相碰撞，除了要求模具與設(shè)備具有很高的導(dǎo)向精度外，還要求凸模不能進(jìn)入凹模。因此，精沖機(jī)封閉高度調(diào)節(jié)精度必須很高。第三代靜壓導(dǎo)軌式精沖機(jī)采用在主油缸下部設(shè)置限位螺母調(diào)節(jié)封高，在調(diào)節(jié)螺母上還設(shè)置了多個鎖緊小油缸，每次調(diào)節(jié)后使內(nèi)外螺母鎖緊，提高了調(diào)節(jié)精度。調(diào)節(jié)裝置外露于機(jī)身外部，便于維修維護(hù)。

⑶模具保護(hù)裝置采用位移與壓力共同識別比較原理。模具保護(hù)裝置是全自動精沖壓力機(jī)的必備裝置，其穩(wěn)定性以及靈敏度則是反映設(shè)備綜合性能高低的重要指標(biāo)。本機(jī)在滑塊的快速行程缸上增設(shè)了液壓墊，并設(shè)計了特殊壓力回路，依靠控制器檢測快速油缸壓力變化，并判斷產(chǎn)生該壓力變化時快速缸活塞位移與滑塊位移是否正常，進(jìn)而識別出模具當(dāng)中是否有異物存在。

全自動精沖機(jī)主要功能的配置

⑴料端檢測器。

⑵料末檢測器。

⑶廢料剪刀（可設(shè)置剪切頻率）。

⑷自動潤滑裝置（滾輪式）。

⑸零件排出裝置（高壓空氣噴嘴，可設(shè)置吹氣時間）。

⑹自動模具夾緊系統(tǒng)。

⑺人身防護(hù)裝置（安全防護(hù)門）。

⑻除油霧裝置。

全自動精沖機(jī)生產(chǎn)出的精沖件

精沖件的特點(diǎn)是形狀、尺寸精度高，斷面質(zhì)量好，通過一次沖壓就可以代替大量的切削加工，不但生產(chǎn)效率高，而且節(jié)省工藝環(huán)節(jié)和裝備，大大縮短了生產(chǎn)周期。鑒于精沖機(jī)的產(chǎn)能較高，該設(shè)備主要適用生產(chǎn)批量較大的精沖件（如汽車用精沖件），見圖5。精沖件外形尺寸一般在150mm以內(nèi)，料厚一般在3～8mm之間。

圖5 精沖件

圖6 新一代全自動精沖機(jī)生產(chǎn)線

結(jié)束語

北京機(jī)電研究所作為鍛壓和熱處理的行業(yè)歸口單位，在精沖方面擁有優(yōu)良的傳統(tǒng)和基礎(chǔ)，其研究與應(yīng)用處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。通過近三十年不懈的努力，研制成功了具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的全自動液壓精沖壓力機(jī)，見圖6。并以這臺精沖機(jī)為基礎(chǔ)，擁有了從200t、315t到1000t系列精沖壓力機(jī)的研發(fā)和制造能力。加上北京機(jī)電研究所在精沖工藝研究和模具設(shè)計制造方面的優(yōu)勢，終于形成了完整精沖生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈。相信通過繼續(xù)不斷的追求，北京機(jī)電研究所一定會在行業(yè)上大展身手，為我國精沖事業(yè)做出的貢獻(xiàn)。（論文資助：高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備國家科技重大專項2011ZX04016-051）。