國(guó)內(nèi)高速精密壓力機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

文/鹿新建，柯尊芒，王寒陽(yáng)，郭世彥·江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

國(guó)內(nèi)高速精密壓力機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

文/鹿新建，柯尊芒，王寒陽(yáng)，郭世彥·江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

隨著國(guó)內(nèi)家電、計(jì)算機(jī)、汽車(chē)等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)功能性沖壓零件（微電機(jī)定轉(zhuǎn)子、小型變壓器E/I片、引線(xiàn)框架、接插件等）的需求日益增加，促使壓力機(jī)的沖壓效率不斷提高，高速精密壓力機(jī)的應(yīng)用逐步得到推廣。與國(guó)外近百年的高速精密壓力機(jī)發(fā)展歷程相比，國(guó)內(nèi)起步較晚，始于20世紀(jì)80年代，進(jìn)入2000年后，得益于家電行業(yè)的迅猛發(fā)展、模具制造水平的提高，高速精密壓力機(jī)的市場(chǎng)需求量迅速增加。

徐鍛集團(tuán)于2002年推出了VH系列開(kāi)式高速精密壓力機(jī)并批量投放市場(chǎng)，該系列產(chǎn)品的曲軸支撐及連桿部位采用精密滾動(dòng)軸承、空氣彈簧靜平衡裝置以及超長(zhǎng)V形導(dǎo)軌，主要服務(wù)于小型變壓器E/I片及部分微電機(jī)定轉(zhuǎn)子行業(yè)。并且，在2003年開(kāi)始徐鍛集團(tuán)對(duì)原有JF75G閉式雙點(diǎn)高速精密壓力機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，主軸部分改為全滾動(dòng)結(jié)構(gòu)、四角八面導(dǎo)軌改為無(wú)間隙滾動(dòng)結(jié)構(gòu)以及采用空氣彈簧靜平衡裝置等，于2006年完成了國(guó)內(nèi)首臺(tái)3000kN閉式雙點(diǎn)高速壓力機(jī)的研發(fā)，形成了公稱(chēng)力800～3000kN、沖壓次數(shù)150～450次/min的閉式雙點(diǎn)高速壓力機(jī)（JF75G系列，圖1）的制造能力，主要服務(wù)于微電機(jī)鐵芯行業(yè)，很大程度上滿(mǎn)足了市場(chǎng)需求。到了2004年，徐鍛集團(tuán)成功研制出SH-25型250kN超高速精密壓力機(jī)，采用精密三圓導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，其中輔助導(dǎo)柱采用靜壓結(jié)構(gòu)，主軸部分采用滾動(dòng)＋滑動(dòng)復(fù)合結(jié)構(gòu)，配備動(dòng)態(tài)平衡裝置及潤(rùn)滑油溫控制系統(tǒng)，行程20mm時(shí)最高轉(zhuǎn)速為1200次/min。隨后進(jìn)行了系列化，形成了公稱(chēng)力160～500kN的超高速壓力機(jī)制造能力，用于滿(mǎn)足微電子類(lèi)零件的精密沖壓。

隨后，揚(yáng)鍛集團(tuán)開(kāi)發(fā)了800～3000kN的J76閉式雙點(diǎn)高速精密壓力機(jī)，并在國(guó)內(nèi)率先進(jìn)行了單排三點(diǎn)閉式高速壓力機(jī)（YSH300）、550t閉式雙點(diǎn)高速壓力機(jī)的研發(fā)。揚(yáng)力集團(tuán)、山東金箭精密機(jī)器有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“山東金箭”）、浙江中鼎精工科技有限公司、寧波精達(dá)成形裝備股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“寧波精達(dá)”）以及徐州健友精密沖床有限公司等陸續(xù)推出了各自的開(kāi)式及閉式高速精密壓力機(jī)。在驅(qū)動(dòng)形式上，寧波精達(dá)在國(guó)內(nèi)率先采用正弦機(jī)構(gòu)（也稱(chēng)無(wú)連桿機(jī)構(gòu)），開(kāi)發(fā)出了應(yīng)用于空調(diào)翅片沖領(lǐng)域的閉式雙點(diǎn)高速精密壓力機(jī)(GC系列），并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出適用于微電機(jī)定轉(zhuǎn)子領(lǐng)域的GD系列閉式雙點(diǎn)高速壓力機(jī)。

圖1 200t JF75G系列閉式高速精密壓力機(jī)沖壓線(xiàn)

寧波米斯克精密機(jī)械工程技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“米斯克”）則通過(guò)消化國(guó)外成熟技術(shù)的方式，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了多連桿式高速精密壓力機(jī)的研制，用于引線(xiàn)框架等精密零件的高速精密沖壓，其Super-30型300kN高速壓力機(jī)，在滑塊行程25mm時(shí)，最高行程次數(shù)為1050次/min。

為促進(jìn)我國(guó)高速壓力機(jī)的發(fā)展， 高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施管理辦公室自2009～2012年先后4次出臺(tái)了關(guān)于高速精密壓力機(jī)的科技重大專(zhuān)項(xiàng)，促進(jìn)了高速壓力機(jī)從追求高速度向高精度的轉(zhuǎn)變。由于高速精密壓力機(jī)早期利潤(rùn)率高、便于批量生產(chǎn)以及不斷普及，刺激了國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)轉(zhuǎn)向高速精密壓力機(jī)的研發(fā)，很好地滿(mǎn)足并促進(jìn)了國(guó)內(nèi)高速精密壓力機(jī)的發(fā)展，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的替代，但整機(jī)精度及可靠性有待于進(jìn)一步提高。

2008年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)成立了“全國(guó)鍛壓機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)數(shù)控高速壓力機(jī)工作組(SCA/TC220/WG1）”，設(shè)在徐鍛集團(tuán)，開(kāi)展高速精密壓力機(jī)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定。在由徐鍛集團(tuán)、濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所和揚(yáng)鍛集團(tuán)共同修訂發(fā)布的GB/T29548-2013《閉式高速精密壓力機(jī)·精度》中首次將高速壓力機(jī)分為高速精密壓力機(jī)和高速超精密壓力機(jī)，并給出了不同的精度數(shù)值；首次將下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)寫(xiě)入標(biāo)準(zhǔn)，具體數(shù)值見(jiàn)表1，給出了3種測(cè)量工況的定義（加溫恒速、恒溫恒速和加溫加速）及測(cè)試方法（均要求在最低速達(dá)到穩(wěn)態(tài)后進(jìn)行測(cè)量）。

由于用于微電子行業(yè)的高速超精密壓力機(jī)技術(shù)含量高，主要依賴(lài)進(jìn)口。2010年前后，國(guó)內(nèi)高速精密壓力機(jī)制造商在發(fā)展大型閉式高速精密壓力機(jī)的同時(shí)，不約而同地將發(fā)展方向轉(zhuǎn)向多連桿式高速精密壓力機(jī)，主要有徐鍛集團(tuán)聯(lián)合南京農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的JL75G-60型數(shù)控高速超精密壓力機(jī)（圖2），其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)借鑒了日本YAMADA DOBBY的NXT機(jī)型并進(jìn)行了創(chuàng)新，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具備行程及下死點(diǎn)可調(diào)的功能。寧波精達(dá)聯(lián)合浙江工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了超高速壓力機(jī)CBG25的研制，傳動(dòng)系統(tǒng)借鑒了瑞士BRUDERER的杠桿式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；揚(yáng)鍛集團(tuán)聯(lián)合南京理工大學(xué)進(jìn)行了新型多桿高速精密壓力機(jī)的理論研究。此外，由于日本電產(chǎn)京利（Nidec-kyori）的多連桿式高速超精密壓力機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率高，且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，因此，類(lèi)似機(jī)型在國(guó)內(nèi)不斷涌現(xiàn)，但均未形成規(guī)模。

縱觀近幾年國(guó)內(nèi)高速精密壓力機(jī)的發(fā)展歷程，不難看出，在技術(shù)上呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：

⑴采用多連桿機(jī)構(gòu)。多連桿機(jī)構(gòu)一般采取曲軸縱放形式，雙點(diǎn)的距離由連桿長(zhǎng)度決定，與曲軸式高速精密壓力機(jī)相比，減少了大規(guī)格曲軸的制造以及上橫梁主軸孔的加工。在一定程度上降低了制造難度，但是構(gòu)成桿系的各桿則需要進(jìn)一步提高制造精度，采用新材料和新工藝。

除瑞士BRUDERER的高速超精密壓力機(jī)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上采用多連桿機(jī)構(gòu)的高速超精密壓力機(jī)，其沖壓力大多不超過(guò)1250kN，隨著國(guó)內(nèi)曲軸式高速精密壓力機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，采取簡(jiǎn)易多連桿式將成為下一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

⑵采用三點(diǎn)/四點(diǎn)結(jié)構(gòu)。隨著高速精密壓力機(jī)沖壓噸位的不斷加大、模具工位數(shù)的不斷增加，采用三點(diǎn)或四點(diǎn)式將成為高速精密壓力機(jī)的又一發(fā)展趨勢(shì)。三點(diǎn)和四點(diǎn)結(jié)構(gòu)多見(jiàn)于曲軸式高速精密壓力機(jī)，四點(diǎn)多連桿式僅見(jiàn)于國(guó)外部分專(zhuān)利。三點(diǎn)式的代表主要有日本的ISIS和YAMADA DOBBY，前者主要生產(chǎn)小型三點(diǎn)式（1000kN以下），服務(wù)于微電子行業(yè)。四點(diǎn)式高速精密壓力機(jī)的代表主要有日本AIDA、美國(guó)的OAK公司（圖3）。除揚(yáng)鍛集團(tuán)的三點(diǎn)式高速精密壓力機(jī)外，西安交通大學(xué)進(jìn)行了四點(diǎn)式高速精密壓力機(jī)的研制，滿(mǎn)足了部分用戶(hù)的需求。

表1 下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)精度數(shù)值

⑶采用高速重載滑動(dòng)軸承。國(guó)內(nèi)高速精密壓力機(jī)為了適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，同時(shí)降低制造要求，普遍在連桿及曲軸支撐部位采用滾動(dòng)軸承。由于滾動(dòng)軸承（多采用調(diào)心滾子軸承和圓柱滾子軸承）在承受沖擊載荷時(shí)為線(xiàn)接觸，剛性差，尤其是在重載時(shí)表現(xiàn)出下死點(diǎn)精度的不穩(wěn)定性，因此，多用于中小噸位高速壓力機(jī)。隨著沖壓零件精度的提高、高速壓力機(jī)整體制造精度的提高、油溫控制系統(tǒng)和大流量潤(rùn)滑系統(tǒng)的采用，滑動(dòng)軸承應(yīng)用過(guò)程中的發(fā)熱問(wèn)題得到有效解決，逐漸重新應(yīng)用到高速及超高速壓力機(jī)中。與滾動(dòng)軸承相比，在承受沖擊載荷時(shí)為面接觸，剛度大，有益于下死點(diǎn)精度的穩(wěn)定。此外，通過(guò)設(shè)置合適的潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)部位的液體動(dòng)力潤(rùn)滑，保證達(dá)到滑動(dòng)副的無(wú)磨損，從而提高了整機(jī)的可靠性。此外，高速精密壓力機(jī)的大型化及采用多連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也在一定程度上限制了滾動(dòng)軸承的應(yīng)用。

⑷應(yīng)用伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。隨著伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器價(jià)格的不斷下降，高速精密壓力機(jī)采用伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)將成為下一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，采用伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)滑塊的行程無(wú)級(jí)可調(diào)，從而增加其柔性。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前還沒(méi)有在高速壓力機(jī)領(lǐng)域取得應(yīng)用，僅有部分廠家開(kāi)始嘗試，如日本YAMADA DOBBY公司開(kāi)發(fā)的Fit-3型高速伺服壓力機(jī)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)離合器和制動(dòng)器，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)；徐鍛集團(tuán)開(kāi)展了伺服電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)卵形齒輪＋曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的理論研究（圖4）。

圖2 JL75G-60型數(shù)控高速超精密壓力機(jī)

圖3 美國(guó)OAK公司的四點(diǎn)式高速精密壓力機(jī)

圖4 伺服電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)卵形齒輪＋曲柄滑塊機(jī)構(gòu)