精沖機在機電所的發展歷程

文/高軍，趙彥啟，杜貴江，彭群?北京機電研究所

精沖機在機電所的發展歷程

文/高軍，趙彥啟，杜貴江，彭群?北京機電研究所

高軍，研究員。專業方向：鍛壓技術。研究成果：新的研發多次參加國家重大科技項目。參與編寫《沖模技術》《沖壓叢書》等著作，發表數十篇論文，參與并獲得國家專利15項。

精沖機是實現精密沖裁的專用設備，專為完成精沖工藝和精沖復合工藝而設計制造?；咎攸c是具有三向力作用，獨立可調；滑塊導向和換向精度高；機床結構剛性好；有自動化條件；安全可靠等。

原一機部北京機電研究所作為國內最早研究與開發精沖技術的單位之一，又是國家精沖技術研究開發中心，對精沖理論和精沖工藝與設備等進行了卓有成效的研究，為國內精沖工藝的推廣、應用做了大量工作。其中，代表著精沖技術發展的裝備——精沖機，也歷經數十年的研究與發展，經過幾代人的努力，北京機電研究所已研制成功擁有獨立自主知識產權的全自動精沖機，并成為今后重要研究方向。

精沖機在機電所發展的三個階段

早在20世紀70年代，北京機電研究所精沖中心就開始對精沖機進行研發。到20世紀80年代，北京機電研究所發明的專利“一種靜壓軸承”，應用于精沖壓力機的滑塊導向，在此基礎上發明了“內阻尼靜壓導軌”，從而奠定了北京機電研究所研發精沖機的基礎。在此核心技術的基礎上，設計出“采用內阻尼靜壓導軌系統的精沖壓力機”，機電所第一代精沖機就此誕生，見圖1。該設備也獲得了國家發明專利。

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

圖1 第一代靜壓導軌式精沖機

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

圖2 第二代靜壓導軌式精沖機

隨著中國精沖產業的發展，高效的全自動精沖壓力機的使用越來越普遍。2010年，在國家“04專項”精沖平臺建設項目的支持下，北京機電研究所與揚州鍛壓機床股份有限公司等單位合作，對前兩代精沖機進行了重大技術改進，沿用國家發明專利“內阻尼靜壓導軌”技術，重新優化技術、結構參數，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，即第三代靜壓導軌式精沖機，見圖3。

圖3 第三代靜壓導軌式精沖機

新一代全自動液壓精沖壓力機

結構特點

⑴臺階式內阻尼靜壓導軌，見圖4。滑塊導向采用了主柱塞上部和主柱塞下部的臺階式圓柱導向結構，上、下圓柱導向結構的徑向間隙為分段特殊設計值。當出現偏載時，上、下圓柱導向壁面間在缸內油壓作用下，形成不完全平衡型靜壓支承效應，不僅產生強大的抗偏載能力，而且具有良好的潤滑作用，改善了摩擦條件。

圖4 靜壓導軌示意圖

在液壓精沖機上采用臺階式內阻尼靜壓導軌優點十分突出，主要包括：

1)采用臺階式內阻尼靜壓導軌的精沖壓力機，構思巧妙，實現了兩個二合一，即導軌和液壓缸二合一，導軌液壓系統和主油路系統二合一。取得了結構簡單、造價低廉而性能優越的技術經濟效果。

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

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

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

⑵封閉高度調節采用下置限位螺母。精沖模具間隙極小，為避免凸模與凹模刃口互相碰撞，除了要求模具與設備具有很高的導向精度外，還要求凸模不能進入凹模。因此，精沖機封閉高度調節精度必須很高。第三代靜壓導軌式精沖機采用在主油缸下部設置限位螺母調節封高，在調節螺母上還設置了多個鎖緊小油缸，每次調節后使內外螺母鎖緊，提高了調節精度。調節裝置外露于機身外部，便于維修維護。

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

全自動精沖機主要功能的配置

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，可設置吹氣時間）。

⑹自動模具夾緊系統。

⑺人身防護裝置（安全防護門）。

⑻除油霧裝置。

全自動精沖機生產出的精沖件

精沖件的特點是形狀、尺寸精度高，斷面質量好，通過一次沖壓就可以代替大量的切削加工，不但生產效率高，而且節省工藝環節和裝備，大大縮短了生產周期。鑒于精沖機的產能較高，該設備主要適用生產批量較大的精沖件（如汽車用精沖件），見圖5。精沖件外形尺寸一般在150mm以內，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生產線

結束語

北京機電研究所作為鍛壓和熱處理的行業歸口單位，在精沖方面擁有優良的傳統和基礎，其研究與應用處于國內領先水平。通過近三十年不懈的努力，研制成功了具有獨立知識產權的全自動液壓精沖壓力機，見圖6。并以這臺精沖機為基礎，擁有了從200t、315t到1000t系列精沖壓力機的研發和制造能力。加上北京機電研究所在精沖工藝研究和模具設計制造方面的優勢，終于形成了完整精沖生產的產業鏈。相信通過繼續不斷的追求，北京機電研究所一定會在行業上大展身手，為我國精沖事業做出的貢獻。（論文資助：高檔數控機床與基礎制造裝備國家科技重大專項2011ZX04016-051）。