大尺寸高速精密翅片沖床的研制

文/陸文林，馮澤舟，王 勇?北京機(jī)電研究所

大尺寸高速精密翅片沖床的研制

文/陸文林，馮澤舟，王 勇?北京機(jī)電研究所

大尺寸高速精密翅片沖床具有生產(chǎn)翅片寬度大、生產(chǎn)速度快、生產(chǎn)出的翅片尺寸精度高的特點(diǎn)，該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠、自動(dòng)化程度高，應(yīng)用后翅片生產(chǎn)效率是目前的4～6倍。

板翅式換熱器（圖1）是一種高效、緊湊、輕巧的換熱設(shè)備，在石油化工、航空航天、冶金等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)前景良好。翅片（圖2）是板翅式換熱器的核心元件，需求量巨大。由于國(guó)內(nèi)翅片生產(chǎn)技術(shù)落后，翅片產(chǎn)量低，生產(chǎn)能力滿足不了市場(chǎng)需求。這使得許多國(guó)外空分企業(yè)紛紛進(jìn)入中國(guó)，對(duì)國(guó)內(nèi)空分行業(yè)造成很大沖擊。

圖1 板翅式換熱器結(jié)構(gòu)分解示意圖

目前，在翅片生產(chǎn)方面，國(guó)外設(shè)備先進(jìn)，生產(chǎn)效率及自動(dòng)化程度很高。而國(guó)內(nèi)翅片生產(chǎn)技術(shù)落后，產(chǎn)量低。國(guó)內(nèi)板翅式換熱器翅片沖床均處于20世紀(jì)70年代的技術(shù)水平，設(shè)備技術(shù)落后，僅能沖制300mm寬度的翅片。并且，連續(xù)沖壓頻率只有40～60次/min，翅片精度差（300mm寬度范圍內(nèi)的翅高公差帶0.04mm），設(shè)備的自動(dòng)化程度仍處于20世紀(jì)70年代水平，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)能嚴(yán)重不足。

圖2 翅片

為解決行業(yè)共性問題，縮小國(guó)內(nèi)外差距，北京機(jī)電研究所積極展開對(duì)新型翅片沖床的研制，開發(fā)出大尺寸（能沖制600mm寬度翅片）、高速（120次/min）、精密（600mm寬度范圍內(nèi)的翅高公差帶0.04mm）翅片沖床。該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠、自動(dòng)化程度高，該設(shè)備應(yīng)用后翅片生產(chǎn)效率是目前的4～6倍。該設(shè)備開發(fā)投產(chǎn)后，經(jīng)客戶現(xiàn)場(chǎng)使用，沖制出來產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，目前該設(shè)備已售出10臺(tái)。

圖3 翅片成形原理示意圖

翅片成形原理

板翅式換熱器翅片成形的基本原理，如圖3所示。首先將板材伸入到1、2刀之間，準(zhǔn)備成形。翅片的成形過程分為6步。

⑴1刀下行，2刀保持不動(dòng)，成形出翅片的1個(gè)翅側(cè)。

⑵1刀保持不動(dòng)，2刀在脫料板的輔助下由成形好的翅片中下行完全退出。

⑶1刀保持不動(dòng)，2刀連同脫料板同時(shí)左移。

⑷1刀保持不動(dòng)，2刀向上運(yùn)動(dòng)，成形出翅片的另一個(gè)翅側(cè)。

⑸2刀保持不動(dòng)，1刀在脫料板的輔助下由成形好的翅片中上行完全退出。

⑹1刀處于上位保持不動(dòng)，2刀連同脫料板拖動(dòng)成形好的翅片共同向右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料，完成一個(gè)循環(huán)，同時(shí)恢復(fù)到初始的準(zhǔn)備階段。

由步驟1～6連續(xù)重復(fù)進(jìn)行，則可以實(shí)現(xiàn)翅片的連續(xù)生產(chǎn)。

沖床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主體結(jié)構(gòu)

該沖床的主體結(jié)構(gòu)如圖4所示，其包括上、下兩個(gè)凸輪軸和上下兩個(gè)動(dòng)梁。上、下兩個(gè)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分別驅(qū)動(dòng)上、下兩個(gè)動(dòng)梁實(shí)現(xiàn)上、下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而分別驅(qū)動(dòng)安裝在上、下兩個(gè)動(dòng)梁上的1、2刀（圖3）實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖4 翅片沖床主體結(jié)構(gòu)

該沖床針對(duì)600mm寬度的翅片進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過模擬計(jì)算在保證橫梁強(qiáng)度、剛度的前提下，上下橫梁采用了輕型結(jié)構(gòu)。輕型橫梁能夠降低高速?zèng)_壓時(shí)橫梁運(yùn)動(dòng)的慣性力，從而減輕了沖壓過程中的沖擊、振動(dòng)和噪音，有助于提高設(shè)備的沖壓速度。此外沖床采用雙凸輪軸驅(qū)動(dòng)，這與傳統(tǒng)設(shè)備采用單凸輪軸驅(qū)動(dòng)下梁并通過拉桿帶動(dòng)上梁運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)相比，新型沖床的橫梁受力更加均勻，有助于提高產(chǎn)品翅高的均勻性。

送料機(jī)構(gòu)

該沖床送料機(jī)構(gòu)如圖5所示，通過送料凸輪驅(qū)動(dòng)與下梁相連的擺桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)沖壓過程中的自動(dòng)送料。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，利用結(jié)構(gòu)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)送料行程前后死點(diǎn)的限位。行程調(diào)整精度高，最小行程調(diào)整量為0.01mm，高精度的行程調(diào)整保證了產(chǎn)品的齒形精度。

圖5 翅片沖床送料機(jī)構(gòu)

沖床主要參數(shù)與產(chǎn)品精度

通過實(shí)際沖壓驗(yàn)證，該沖床運(yùn)行穩(wěn)定，沖壓產(chǎn)品精度高，生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)沖床的4～6倍。沖床主要參數(shù)與使用該沖床對(duì)63.5J1604/30產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)沖過程中所測(cè)翅片精度如表1所示。

■ 表1 沖床主要參數(shù)與實(shí)沖翅片精度

結(jié)束語

針對(duì)國(guó)產(chǎn)板翅式換熱器翅片沖床落后現(xiàn)狀，北京機(jī)電研究所開發(fā)出能沖制600mm寬度翅片、最大沖壓速度為120次/min、翅片在600mm寬度范圍內(nèi)、翅高公差帶為0.04mm的大尺寸高速精密翅片沖床。該板翅式換熱器翅片沖床的特點(diǎn)是：

⑴雙凸輪軸驅(qū)動(dòng)，橫梁受力更加均勻。

⑵輕型橫梁結(jié)構(gòu)，高速下沖擊振動(dòng)小。

⑶送料行程調(diào)整精度高，便于保證所沖翅片齒形精度。