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高速冲床的精密冲压技术及结构设计

发布日期:2018-10-29 发布者:鑫汇机械
高速冲床是一种高效、高精度及自动化程度高的冲压设备,其作为工业基础装备的重要组成部分,在航空航天、汽车制造、交通运输、冶金化工等重要工业部门得到广泛的应用。它己经被广泛应用在变压器E/I铁芯、小型电机定/转子、集成电路中引线框架等小型零件的高速精密冲压中。高速精密冲压技术具有高生产效率、高质量、高一致性,以及节能降耗、节省人力、降低成本及确保安全生产等特点。随着对产品和零部件精度及高生产效率要求不断提高,使得工业生产对高速冲床的加工精度和高速化提出了更高的要求。对于高速精密冲床而言,衡量其质量好坏的关键性指标为下死点精度(即主滑块在下死点位置时的重复定位精度),它体现了高速精密冲床的制造水平及加工精度,并制约着高速精密数控冲床的应用领域以及模具使用寿命。因此研究高速冲床的精度问题具有很大的意义。目前绝大部分高速冲床的工作原理是基于曲柄滑块机构,但都要对惯性力、惯性力矩和输入力矩这些影响动平衡的因素进行综合平衡设计,这是提高下死点精度的第 一个难点。另外,由于曲轴转速高,曲轴上以及运动副结合面摩擦产生大量热,这将引起曲轴、运动副、杆件、机身热变形,进而引起下死点的漂移。即使采用热平衡装置,依然不能完全消除热变形,这是提高下死点精度的第二个难点。又由于惯性力很大,滑块与机身接触在水平方向产生的分力将不容忽视,其数量级甚至能够达到数吨以上,且周期性对称变化,这将引起床身扭曲变形,且加剧振动。而各杆件受力将产生微小的弹性变形,在下死点附近,公称力突然增大,杆件受到冲击载荷,弹性变形增大,这又是提高下死点精度的另一个难点。
温度影响精度主要因为温度将引起热变形,进而影响零件的稳定性。随着数控机床整机及零部件设计、制造、装配和材料等相关技术的不断进步,几何误差、刀具磨损、伺服传动等误差在数控机床整体误差中所占的比例逐渐减小。在高速高精度的加工条件下,热变形日益成为影响机床加工精度的重要因素。对于高速高精度机床,由热变形引起的加工制造误差所占的比例为40%~70%,热问题已成为影响机床精度的关键因素。为了减小机床热变形对加工精度和精度稳定性的影响,需要从设计、制造和使用等方面进行综合分析与优化。
高速冲压运动杆件的速度越大,加速度也越大,因而系统的惯性力和惯性力矩较低速冲压而言要大得多,为了更好地获得动平衡效果,降低机床振动,提高加工精度,在高速精密压力机设计中通常会涉及对动平衡机构的选择与设计,许多学者在这方面做了深入研究。目前常见的几种典型的动平衡机构主要包括反方向配置副滑块式、平衡摆块式、多杆配重平衡机构式以及反对称偏心块式等等。
上述反向配置滑块式机构的主滑块与副滑块运动相反,工作过程中能够起到平衡惯性力的作用,且结构设计简单,维护方便,适用范围广泛,能够满足一般冲压工艺要求,但是会带来如下问题:
(1)曲轴结构复杂:为了驱动平衡副滑块,曲轴上须增加一个曲拐。曲轴在受到大部分甚至全部径向工作载荷的同时,还将受到副滑块平衡惯性力的作用,因此对曲轴强度和工艺要求更高。
(2)热平衡性差:随着压力机转速提高,在径向载荷作用下,导致曲轴上产生严重的摩擦和发热问题,使得曲轴热变形严重、磨损加剧,影响压力机的动态热平衡和加工精度,极大的限制了曲轴转速的提高。
冲床在高速冲压过程中,曲柄机构带动主滑块做高速的往复运动,机构各处会产生周期性的力和力矩载荷,导致冲床产生强烈的振动,同时也将加剧零件的磨损,以至于疲劳失效,冲床的加工精度和平稳性都会因此大大的降低,从而严重影响机床的性能和使用寿命。因而,克服这种惯性作用就成为必须要解决的首要问题,可以说平衡机构决定了冲床的加工精度、使用寿命以及其他重要参数。
目前,平衡高速冲床惯性力常用的机构为反方向配置副滑块式机构,其惯性力平衡原理是通过主滑块和副滑块反方向180°对称布置,以副滑块的反方向运动来平衡主滑块产生的惯性力。
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