壓力機精度對模具調試及沖壓件質量影響分析

武 迪，田國華，崔繼濤，張 偉

（一汽模具制造有限公司設備部，吉林 長春 130028）

壓力機是模具生產調試和沖壓件生產最基本的設備，壓力機精度直接影響模具生產質量和周期，并對沖壓件生產也有著重要影響。壓力機精度包括：壓力機平行度、垂直度、滑塊和工作臺平面度及整機剛度、滑塊和工作臺加載變形（撓度）、噸位精度等，區分各精度參數對模具和沖壓件生產的影響范圍和影響程度，并對主要因素采取必要的改善措施，這樣可以提高模具、沖壓件質量，也可以縮短模具調試周期。

1 壓力機精度分析

1.1 平行度

指滑塊靜態時滑塊底面與工作臺表面的平行程度，即：滑塊底面相對于工作臺上表面平行的誤差最大值，如圖1所示。滑塊與導柱之間有過載保護油缸，油缸之間相互聯通，當滑塊受力不均衡時，受力大的油缸活塞桿被壓縮退回，滑塊發生傾斜，即：平行度只是模具剛剛接觸時的靜態精度偏差。隨著模具的合入，壓力機載荷的增加，滑塊會在模具壓邊圈平衡塊和限位塊的作用下發生偏斜來適應模具的運動趨勢，此時滑塊和工作臺的平行度由模具的精度決定（在壓力機載荷使用范圍內）。

圖1 壓機平行度測量示意圖

1.2 垂直度

指壓力機未安裝模具時，滑塊運動時的軌跡與工作臺表面垂直方向的變動量，如圖2所示。它為模具合入提供保證，如果垂直度差。當模具合入時，上模和下模定位導柱與導套；導板導向面會發生挫傷，嚴重者會發生導板脫落等事故，垂直度需要有一定的要求，這樣可以使模具順利合入。機械壓機每個壓力點都是一個獨立的偏心連桿機構，運行時會有一定的相位差（也稱同步性），所以受結構限制，垂直度會有一定偏差，但在模具合入前的空行程區域，對模具使用沒有影響，只有開始合入和合入后會對模具有一定影響，尤其在高速、高頻次沖壓生產時，對模具導板、導柱的磨損加劇，降低模具使用壽命。

圖2 壓機垂直度測量示意圖

1.3 平面度

指工作臺或滑塊表面凹凸高度，相對理想平面的偏差，如圖3所示。當模具安裝到滑塊或工作臺上時，隨著連接螺釘的預緊，模具會發生一定量的變形，會使已經研修好的兩個型面發生變化，導向部位發生微量位移，造成定位精度變化，這可以解釋模具在不同壓力機上導向著色不一致及研配面不一樣的原因。解決措施：測量平面度，如果超差，拆解墊板，利用數控銑加工修復。無法拆卸修復的，可以通過大修拆解進行恢復。建立設備關鍵參數數據庫，使用設備時稍加注意，避開影響。

圖3 壓機平面度示意圖

1.4 整機剛度

在壓力機工作臺與滑塊底面上規定的范圍內，施加相當于公稱力的靜載均布載荷時，公稱力除以工作臺面與滑塊給定位置的平均相對變形量體現的是整機加載公稱力時的綜合變形，既有框架變形，也有各連桿、曲柄連桿軸變形和連接副間隙壓縮減小，及過載保護缸內油液壓縮退回的距離，由加工制造時決定，后期使用不能調整，變形時，滑塊下平面和工作臺上平面間的距離變化一致，即：四點數值加載時變化一致，這對模具調試影響有限。

1.5 加載撓度變形

指壓力機工作臺或滑塊抵抗加載時發生變形的能力。壓力機通過模具對材料施加超過屈服點的足夠壓力，使材料發生塑形變形，雖然壓力機在不超過公稱壓力時不被破壞，但是機床的伸長、工作臺和滑塊的撓曲變形及各部位彈性變形，都會對模具調試和沖壓件質量有很大影響。

如果壓力機剛度好，加載變形時，變形量較小，對模具調試和沖壓件質量影響小。如果剛度差，加載時變形較大，經過上、下模傳導至模具的形面，形面隨著工作臺面的變形，破壞原有的配合面，造成模具配合面動態變化，撤去外力后，變形恢復，因此，非常難測量，只能靠模具調試鉗工憑經驗研修形面。為避免因壓力機和模具動態變形而產生的調試鉗工手工研修量增加，如果能夠測量或計算出壓力機和模具受力時的變形數據，在設計和研配時進行反變形補償，可以減少由于模具在壓力機上加載時產生變形而造成的研修量；模具自身變形可以在進行加工數據設計前，先確認結構變形模擬分析獲得的模具變形量，并依據以往項目同類零件的虛擬合模結果進行比較，確定合理的模面變形補償方案[1]。

壓力機變形引起的模具變形以前并未引起足夠的重視，認為是瞬時發生的，無法直接觀察，往往不予考慮。近年來，隨著壓力機公稱壓力及臺面規格的提升，壓力機在工作狀態下的撓度變形也隨之增大，對模具調試和沖壓件質量的不利影響也逐步為人們所關注。

由于工作臺為箱體結構，周圍為鋼板焊接的框架支撐，中間是拉伸墊頂冠的運行空間，沒有支撐結構，從長度或寬度方向，可以簡化為兩端固定梁結構，加載時彎曲變形如圖4所示。所以工作臺和滑塊加載變形的形狀類似“漏斗”和“拱橋”形狀[2]，其中工作臺工作平面向下凹陷，滑塊工作平面向上隆起，滑塊平面和工作臺平面組合變形在長度X方向和寬度Y方向如圖4中所示。由于工作臺長寬比近似于1.8，且壓力點長度方向距離比寬度方向距離大于1.8，所以寬度方向的撓度變形數值要遠遠小于長度方向的撓度變形，分析長度方向的撓度變形可以涵蓋寬度方向的撓度變形，為了便于研究，把滑塊及工作臺變形曲面簡化成柱面。

圖4 壓機加載撓度變形示意圖

2 壓機加載變形撓度測量

當前壓機加載撓度變形測量基本都是根據國標GB/T 29546-2013閉式壓力機靜載變形測量方法，如圖5所示，進行4點或8點加載測量，在工作臺面長、寬度方向2/3范圍內均布載荷，加載前指示表調整到零位；將加載器緩慢加壓，至少分5次加載，每次的加載量是壓力機公稱力的1/5，逐次增加，直到公稱力，然后利用撓度公式：Δ1=[Δa2-1/2（Δa1-Δa3）]/L1進行計算，此種方法簡便易行，能夠分別測得壓力機滑塊和工作臺的加載撓度變形，但缺點是不能體現出在對模具加載時的變形情況，因為實際模具和加載器對滑塊和工作臺施加的作用力效果不盡相同，加載器支撐力類似于多點集中載荷，而模具在整體結構上看屬于均布載荷，但由于模具內部結構的差異和不對稱性，在模具和壓力機結合面的各個區域有一定差異。

圖5 傳統壓機撓度變形測量示意圖

因此，實測出壓力機在對模具進行加載時的變形情況，對模具前期設計時模面補償和后期模具安裝、調試及后期沖壓件生產會有更重要的意義。

2.1 測量方法建立

利用一套在制的模具，安裝到具有代表性的壓力機上，然后在模具前后兩側分別布置3個測量裝置，即“6點測量方法”。如圖6所示，模具上下兩個面是平面，對平面載荷可以視為均勻載荷。根據均載對平面產生的彎曲變形特點，利用周圍的數據可以估算中心的變形情況，調整好裝模高度，合模時模具和壓力機安裝面沒有間隙（即：0.05的塞尺不入），模具內含件，當不斷加載時，測量點的位置發生改變，這些變化的數據即是模具和壓力機同時變形的結果。根據變形特點，剔除模具變形影響，就是壓力機在實際模具加載變形時的撓度變形，例如本文選擇的是：轎車頂蓋拉延模具，使用噸位1000噸，采用上述的“6點法”測量，測量裝置如圖6所示。測量裝置底座安裝在工作臺上，測量觸電頂在滑塊下表面，方式為接觸式，精度為0.01mm，模具原始高度量具各點測量裝置清0，逐步加載，每次加載逐步增加300T，記錄每點的數據值，然后通過公式ΔX=|X2-（X1+X3）/2|計算滑塊和工作臺的累計撓度變形量。

圖6 壓機撓度變形測量示意圖

2.2 壓力機加載撓度變形數據分析

用上述“6點法”對壓力機YX28-2500/1700液壓機進行檢測，數據見表1：

表1 各點位移量數據（mm）

未加載時，每個測量裝置調整為0，在加載時，滑塊下平面和工作臺上平面間的距離縮短，從表1、圖7中可以看出，加載力為300T時，6點位置變化為0.35-0.55mm，當加載力依次加到600T、900T，直至增加到1000T時，6點位置變化為最大量，達到0.79-1.1mm。這種變化不僅體現壓機的撓度變形，也體現了模具接觸間隙的減小和變形，是一種綜合變形。但從數據中可以看出其中兩側點的位置變化比中間點位置變化量大，利用撓度計算公式：ΔX=|X2-（X1+X3）/2|對數據進行處理，可以得到新的數據（表2），這些數據是剔除模具變形后壓力機撓度變形趨勢數據，300T時兩側分別為0.09mm和0.145mm，1000T時，兩側分別為0.195mm和0.25mm，即：隨著噸位的增加，撓度變形趨勢增大，變形量和噸位基本呈線性關系，如圖8所示，且壓力機前后兩側變形趨勢一致，約為：0.10mm，可以看出是彈性變形。

圖8 加載時滑塊、工作臺撓度變形關系曲線

表2 前后兩側撓度變形數據

圖7 加載噸位與各點位移關系曲線

3 結論

（1）壓力機各項精度對模具調試和沖壓件質量影響程度不同，其中對滑塊和工作臺加載撓度變形（動態精度）影響程度最大，也最不易觀察、測量和研究。

（2）壓力機滑塊和工作臺在對模具進行加載時發生撓曲變形，累計變形可達0.25mm，勢必會對模具形面貼合產生明顯影響。

（3）壓力機撓度變形量隨加載噸位成線性增加。

（4）壓力機撓度變形量在0.09-0.25mm之間，相比工作臺長5500mm、寬3000mm，仍屬于微小變形。

（5）模面補償不僅要考慮模具變形，也要考慮壓力機加載時的變形。