非對(duì)稱多工位壓力機(jī)許用偏心載荷能力曲線分析

周勝德，傅 巖，張長(zhǎng)亮，江崇民

（通用技術(shù)齊齊哈爾二機(jī)床有限責(zé)任公司,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

0 引言

多工位壓力機(jī)主要用于鈑金件的高速批量生產(chǎn)，具有大噸位、大行程、大臺(tái)面的多工位自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線特別適用于汽車行業(yè)鈑金件的多工序沖壓加工。多工位壓力機(jī)可在工作區(qū)域內(nèi)同時(shí)放置多套模具，并且可以在第一、第二工位配備液壓墊或者氣墊，進(jìn)行深拉延工序。由于第一、第二工位拉延成形所需的工藝力遠(yuǎn)大于其他工位，造成多套模具的合力中心與多工位壓力機(jī)物理中心出現(xiàn)偏移，使多工位壓力機(jī)產(chǎn)生偏心載荷，引起滑塊變形及傾斜。如果偏載超出一定范圍，不但影響多工位壓力機(jī)滑塊運(yùn)行精度、模具的使用壽命，也會(huì)影響沖壓件的成形質(zhì)量。

本文對(duì)多工位壓力機(jī)許用偏心載荷能力曲線進(jìn)行了理論分析，準(zhǔn)確計(jì)算出偏心載荷大小及偏心距位置，并在此基礎(chǔ)上編制應(yīng)用軟件，經(jīng)過(guò)設(shè)備實(shí)際使用數(shù)據(jù)驗(yàn)證了軟件的有效性。

1 偏心載荷的影響

多工位壓力機(jī)滑塊承受偏心載荷將產(chǎn)生力矩，使滑塊做傾斜運(yùn)動(dòng)，因而滑塊導(dǎo)路產(chǎn)生阻力。多工位壓力機(jī)經(jīng)常處于偏心載荷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將會(huì)產(chǎn)生如下影響[1]：①影響壓力機(jī)的動(dòng)態(tài)精度，如平行度和垂直度；②影響模具的壽命，刃口間隙較難保證；③加大滑塊和導(dǎo)軌的局部壓力，加快局部磨損；④加快柱塞導(dǎo)向銅套側(cè)向磨損，間隙加大造成漏油；⑤加速曲柄、齒輪、鍵等受力零件的疲勞。

2 偏心載荷曲線分析

2.1 非對(duì)稱多工位壓力機(jī)

因多工位壓力機(jī)工作時(shí)經(jīng)常處于偏載狀態(tài)，需要具有比常規(guī)壓力機(jī)更高的機(jī)身剛度。為適應(yīng)更加廣泛的沖壓件工藝需求，在深拉延的第一、第二工位若需更大的成形力，則必須提高多工壓力機(jī)的總噸位來(lái)實(shí)現(xiàn)，但會(huì)因此造成生產(chǎn)設(shè)備的資源浪費(fèi)。為解決這一問(wèn)題，研制非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的多工位壓力機(jī)，使深拉延區(qū)域能夠提供更大的拉延力，后續(xù)工位減少拉延力的分配，可有效地降低因偏載引起的滑塊變形及傾斜，提高多工位壓力機(jī)滑塊運(yùn)行精度。采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多工位壓力機(jī)，上游側(cè)配備整機(jī)公稱力的60%、下游側(cè)配備40%，如圖1 所示。方案中，齒輪、壓力點(diǎn)、上橫梁、滑塊、立柱和底座均采用剛性不對(duì)稱設(shè)計(jì)，極大地提高了多工位壓力機(jī)對(duì)抗偏載保持精度穩(wěn)定的能力。如圖2 所示，非對(duì)稱多工位壓力機(jī)公稱能力偏心點(diǎn)位置越靠近上游側(cè)，其抗偏載能力越強(qiáng)，但綜合考慮結(jié)構(gòu)、剛性和制造成本等因素，如何匹配偏心位置，是首先要解決的問(wèn)題。

圖1 非對(duì)稱多工位壓力機(jī)示意圖

圖2 非對(duì)稱多工位壓力機(jī)偏載工況示意圖

2.2 常規(guī)多工位壓力機(jī)偏心載荷曲線分析

常規(guī)多工位壓力機(jī)公稱力通常是以多工位壓力機(jī)的中心作為載荷中心的假設(shè)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)的。因此，當(dāng)出現(xiàn)偏心載荷時(shí)，多工位壓力機(jī)的沖壓加工能力會(huì)下降。圖3 是常規(guī)雙點(diǎn)（四點(diǎn)）多工位壓力機(jī)偏心載荷的計(jì)算方法。

圖3 雙點(diǎn)（四點(diǎn)）壓力機(jī)承受偏心載荷示意圖

設(shè)定偏心載荷為Pa，公稱力為Pg，壓力點(diǎn)間距為L(zhǎng)，偏心載荷偏心量為e，安全系數(shù)為K（1.0～1.2），則Pa計(jì)算公式為：

2.3 非對(duì)稱多工位壓力機(jī)偏心載荷曲線分析

以非對(duì)稱多工位壓力機(jī)為研究對(duì)象，由于上下游側(cè)能力不同（上游側(cè)60%+下游側(cè)40%），因此無(wú)法用公式（1）進(jìn)行計(jì)算。圖4 是非對(duì)稱多工位壓力機(jī)偏心載荷的計(jì)算方法，根據(jù)多工位壓力機(jī)上下游側(cè)能力、工作臺(tái)面、壓力點(diǎn)間距、各工位力、工位距、第一工位偏心距等參數(shù)，可分析計(jì)算出偏心載荷的大小和偏心距。

圖4 非對(duì)稱多工位壓力機(jī)承受偏心載荷示意圖

圖5 非對(duì)稱多工位壓力機(jī)許用偏心載荷能力曲線（五工位）

圖6 非對(duì)稱多工位壓力機(jī)許用偏心載荷能力曲線（六工位）

設(shè)定多工位壓機(jī)公稱力為Pg，上游側(cè)能力為P1，下游側(cè)能力為P2，壓力點(diǎn)間距為L(zhǎng)，可以計(jì)算出公稱能力點(diǎn)偏心載荷偏心量e 計(jì)算公式為：

設(shè)實(shí)際偏心量位置為Xe，則上游側(cè)允許偏心載荷P1a計(jì)算公式為：

下游側(cè)允許偏心載荷P2a計(jì)算公式為：

表1 第一組模具參數(shù)

表2 第二組模具參數(shù)

3 設(shè)計(jì)軟件的實(shí)現(xiàn)

多工位壓力機(jī)具有多工位、連續(xù)生產(chǎn)的特點(diǎn)，一次沖壓同時(shí)完成多道工序，為了讓客戶能夠根據(jù)偏心載荷曲線來(lái)合理布置模具位置，需進(jìn)行模具放置位置、沖壓載荷、工序的校驗(yàn)。結(jié)合我公司設(shè)計(jì)制造的TDL-4 3200 型3200t 多工位壓力機(jī)，應(yīng)用開發(fā)的設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)多工位壓力機(jī)許用偏心載荷能力曲線的繪制。

多工位壓力機(jī)的相關(guān)參數(shù)如下：公稱壓力Pg=3200t，工作臺(tái)面7500mm，上游側(cè)能力P1=1920t，下游側(cè)能力P2=1280t，上游側(cè)壓力點(diǎn)距壓機(jī)中心距離2910mm。

在筆者編制的應(yīng)用軟件界面中輸入多工位壓力機(jī)參數(shù)、模具參數(shù)，程序自動(dòng)生成“多工位壓力機(jī)許用偏心載荷能力曲線”。通過(guò)調(diào)整不同的模具載荷、工位數(shù)、工位距等參數(shù)，本軟件可準(zhǔn)確計(jì)算出偏心載荷的大?。═onnage Total）和偏心距（Off-Center），并在界面直觀顯示，可作為依據(jù)判斷多工位壓力機(jī)的公稱能力是否可行，避免了壓力機(jī)的超載使用，保證了多工位壓力機(jī)精度。有效地指導(dǎo)使用單位模具工藝人員、操作工人和設(shè)備維護(hù)等，實(shí)現(xiàn)了模具與壓力機(jī)的配合最優(yōu)化[2，3]。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)非對(duì)稱多工位壓力機(jī)偏心載荷能力曲線的理論分析、研究，利用筆者編制的應(yīng)用軟件，準(zhǔn)確地計(jì)算出非對(duì)稱多工位壓力機(jī)許用偏心載荷范圍，偏心載荷得到了有效控制、提高設(shè)備安全性、確定合理使用范圍。在提升壓力機(jī)能力的同時(shí)，也達(dá)到了模具使用合理化的目的。為客戶在使用多工位壓力機(jī)時(shí)提供重要參考依據(jù)。