高速沖床的精密沖壓技術及結構設計

高速沖床是一種、及自動化程度高的沖壓設備，其作為工業基礎裝備的重要組成部分，在航空航天、汽車制造、交通運輸、冶金化工等重要工業部門廣泛的應用。它己經被廣泛應用在變壓器E/I鐵芯、小型電機定/轉子、集成電路中引線框架等小型零件的高速沖壓中。高速沖壓技術具有高生產效率、、高一致性，以及節能降耗、節省人力、降低成本及生產等特點。隨著對產品和零部件精度及高生產效率要求不斷提高，使得工業生產對高速沖床的加工精度和高速化提出了的要求。對于高速沖床而言，衡量其質量好壞的關鍵性指標為下死點精度(即主滑塊在下死點位置時的重復定位精度)，它體現了高速沖床的制造水平及加工精度，并制約著高速數控沖床的應用領域以及模具使用壽命。因此研究高速沖床的精度問題具有很大的意義。目前絕大部分高速沖床的工作原理是基于曲柄滑塊機構，但都要對慣性力、慣性力矩和輸入力矩這些影響動平衡的因素進行綜合平衡設計，這是提高下死點精度的第 一個難點。另外，由于曲軸轉速高，曲軸上以及運動副結合面摩擦產生大量熱，這將引起曲軸、運動副、桿件、機身熱變形，進而引起下死點的漂移。即使采用熱平衡裝置，依然不能熱變形，這是提高下死點精度的個難點。又由于慣性力很大，滑塊與機身接觸在水平方向產生的分力將不容忽視，其數量級甚至能夠達到數噸以上，且周期性對稱變化，這將引起床身扭曲變形，且加劇振動。而各桿件受力將產生微小的彈性變形，在下死點附近，公稱力突然增大，桿件受到沖擊載荷，彈性變形增大，這又是提高下死點精度的另一個難點。

溫度影響精度主要因為溫度將引起熱變形，進而影響零件的穩定性。隨著數控機床整機及零部件設計、制造、裝配和材料等相關技術的不斷進步，幾何誤差、刀具磨損、伺服傳動等誤差在數控機床整體誤差中所占的比例逐漸減小。在高速的加工條件下，熱變形日益成為影響機床加工精度的重要因素。對于高速機床，由熱變形引起的加工制造誤差所占的比例為40%~70%，熱問題已成為影響機床精度的關鍵因素。為了減小機床熱變形對加工精度和精度穩定性的影響，需要從設計、制造和使用等方面進行綜合分析與優化。

高速沖壓運動桿件的速度越大，加速度也越大，因而系統的慣性力和慣性力矩較低速沖壓而言要大得多，為了地獲得動平衡效果，降低機床振動，提高加工精度，在高速壓力機設計中通常會涉及對動平衡機構的選擇與設計，許多學者在這方面做了深入研究。目前常見的幾種典型的動平衡機構主要包括反方向配置副滑塊式、平衡擺塊式、多桿配重平衡機構式以及反對稱偏心塊式等等。

上述反向配置滑塊式機構的主滑塊與副滑塊運動相反，工作過程中能夠起到平衡慣性力的作用，且結構設計簡單，維護方便，適用范圍廣泛，能夠滿足一般沖壓工藝要求，但是會帶來如下問題：

(1)曲軸結構復雜：為了驅動平衡副滑塊，曲軸上須增加一個曲拐。曲軸在受到大部分甚至全部徑向工作載荷的同時，還將受到副滑塊平衡慣性力的作用，因此對曲軸強度和工藝要求。

(2)熱平衡性差：隨著壓力機轉速提高，在徑向載荷作用下，導致曲軸上產生嚴重的摩擦和發熱問題，使得曲軸熱變形嚴重、磨損加劇，影響壓力機的動態熱平衡和加工精度，的限制了曲軸轉速的提高。

沖床在高速沖壓過程中，曲柄機構帶動主滑塊做高速的往復運動，機構各處會產生周期性的力和力矩載荷，導致沖床產生強烈的振動，同時也將加劇零件的磨損，以至于疲勞失效，沖床的加工精度和平穩性都會因此降低，從而嚴重影響機床的性能和使用壽命。因而，克服這種慣性作用就成為要解決的問題，可以說平衡機構決定了沖床的加工精度、使用壽命以及其他重要參數。

目前，平衡高速沖床慣性力常用的機構為反方向配置副滑塊式機構，其慣性力平衡原理是通過主滑塊和副滑塊反方向180°對稱布置，以副滑塊的反方向運動來平衡主滑塊產生的慣性力。