壓力機(jī)精度對(duì)沖壓件的影響
一、引言
在現(xiàn)代沖壓中，有了精密高效長(zhǎng)壽命模具，而沒(méi)有高精度的壓力機(jī)和優(yōu)質(zhì)的沖壓材料是不能實(shí)現(xiàn)精密高效沖壓的。同時(shí)精密高效長(zhǎng)壽命級(jí)進(jìn)模也不可能發(fā)揮其效益和使用壽命。壓力機(jī)的精度和剛性對(duì)模具壽命的影響很大，同樣一副模具在不同精度的壓力機(jī)上顯示出不同的性能和使用壽命。如在一般精度的壓力機(jī)上使用幾萬(wàn)次即產(chǎn)生崩刃，而在特級(jí)精度的壓力機(jī)上則在100萬(wàn)次以上才有崩刃現(xiàn)象。分析了壓力機(jī)精度對(duì)沖壓件的影響，以及進(jìn)一步探討了在沖壓件的加工中使用哪一種精度等級(jí)的壓力機(jī)。
二、壓力機(jī)的精度等級(jí)
壓力機(jī)的精度通常是以其靜態(tài)精度和剛性來(lái)表示，靜態(tài)下的精度等級(jí)，可按日本JIS壓力機(jī)靜態(tài)精度指標(biāo)規(guī)定劃分為特級(jí)、1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)。對(duì)壓力機(jī)來(lái)說(shuō)靜態(tài)等級(jí)是個(gè)主要因素，但壓力機(jī)的剛性也是一個(gè)不可忽視的重要因素，這就是壓力機(jī)的強(qiáng)度問(wèn)題。
壓力機(jī)通過(guò)沖模對(duì)材料施加超過(guò)屈服點(diǎn)的足夠壓力，在公稱壓力下壓力機(jī)雖然不破壞，但是床身的伸長(zhǎng)和工作臺(tái)的撓度等各部位彈性變形對(duì)沖壓加工也有很大影響。因此，最好在壓力機(jī)靜態(tài)精度上增加動(dòng)態(tài)特性，在沖裁力的作用下，臺(tái)面、曲軸、床身產(chǎn)生變形，C型壓力機(jī)產(chǎn)生開口等使其靜態(tài)精度破壞，把這時(shí)的精度稱為動(dòng)態(tài)精度。由動(dòng)態(tài)精度的好壞來(lái)決定壓力機(jī)等級(jí)。動(dòng)態(tài)精度與壓力機(jī)各部分的剛性直接相關(guān)，剛性好的壓力機(jī)動(dòng)態(tài)精度高。目前國(guó)外已生產(chǎn)了剛性很高的壓力機(jī)，其動(dòng)態(tài)精度仍可控制在靜態(tài)精度范圍內(nèi)。如下表中，在壓力機(jī)的靜態(tài)精度下，把剛性好的劃分為A特級(jí)、A1級(jí)、A2級(jí)，剛性一般的劃分為B特級(jí)、B1級(jí)、B2級(jí)。
表 沖床靜態(tài)精度指標(biāo)(mm)
| 測(cè)量項(xiàng)目 | 基本尺寸 | 精度等級(jí) | |||||
| A特 | A1 | A2 | B特 | B1 | B2 | ||
| 工作臺(tái)面及滑塊下面的平面度 | 200 | 0.01 | 0.03 | 0.05 | 0.08 | 0.12 | 0.16 |
| 工作臺(tái)面對(duì)滑塊下平面的平行度 | 300 | 0.02 | 0.04 | 0.07 | 0.12 | 0.18 | 0.24 |
| 滑塊行程對(duì)工作臺(tái)面的垂直度 | 150 | 0.01 | 0.03 | 0.05 | 0.08 | 0.12 | 0.16 |
| 滑塊模柄孔與其下平面的垂直度 | 100 | 0.01 | 0.03 | 0.05 | 0.08 | 0.12 | 0.16 |
| 滑塊導(dǎo)軌與床身導(dǎo)軌的間隙 | 300 | 0.03 | 0.05 | 0.08 | 0.12 | 0.16 | 0.20 |
這樣以剛性為基礎(chǔ)的靜態(tài)精度等級(jí)是有區(qū)別的。如A2級(jí)，B1級(jí)這樣的區(qū)別說(shuō)明壓力機(jī)等級(jí)對(duì)制件就有不同影響。AB的級(jí)別由加工壓力達(dá)到公稱壓力時(shí)，比較剛性來(lái)決定。剛性隨著加工壓力的大小變化，在公稱壓力1000kN的B級(jí)壓力機(jī)，只用500kN壓力進(jìn)行沖壓加工時(shí)，具有與公稱壓力500kN的A級(jí)壓力機(jī)在公稱壓力進(jìn)行沖壓加工時(shí)相同或大于它的剛性，所以在大型壓力機(jī)上安裝小沖模，壓力機(jī)的剛性當(dāng)然好。還有在公稱壓力，工作臺(tái)面積和行程長(zhǎng)度等主要參數(shù)大致相同的壓力機(jī)，重量大的剛性好。
圖1C型壓力機(jī)的滑塊撓度與沖裁力的關(guān)系
壓力機(jī)在承受負(fù)荷的同時(shí)要產(chǎn)生變形，如圖1所示。必須根據(jù)變形量來(lái)決定壓力機(jī)能力。例如，精密沖裁加工時(shí)必須在壓力機(jī)加工能力的50%以下進(jìn)行。即使一般的沖裁，超過(guò)其能力80%時(shí)，就不能保證模具間隙的均勻。如圖2所示，精度高的壓力機(jī)能延長(zhǎng)模具壽命，所生產(chǎn)的沖壓件的質(zhì)量也好。
圖2壓力機(jī)精度與模具壽命的關(guān)系
三、對(duì)沖壓件的影響
1.對(duì)沖裁加工件的影響
在沖裁加工中，從滑塊下面到模座上面的精度和其它各種精度對(duì)工件精度都有影響。最重要的問(wèn)題：(1)凸模和凹模的垂直度，也就是保證上下模同心。(2)彈性緩沖，在沖裁結(jié)束時(shí)負(fù)荷變?yōu)榱悖捎趬毫C(jī)的變形能量使凸模突然插入凹模內(nèi)，這種錘擊緩沖是導(dǎo)致模具損耗的原因。在高精度沖裁時(shí)，變形量δ是重要的，應(yīng)防止或限制在最小限度。為此，壓力機(jī)必須保證靜態(tài)高精度。特別是C形框架壓力機(jī)由于開口變形，容易出現(xiàn)上下模中心線大傾斜，平行度也相應(yīng)地發(fā)生偏差。如圖3所示，傾斜使剪斷面不一致，產(chǎn)生毛刺，明顯地縮短了模具壽命。尤其是高速自動(dòng)沖床，因?yàn)闆_裁力是周期性反復(fù)的，所以剛性達(dá)不到普通壓力機(jī)的兩倍以上的話，各部位就要產(chǎn)生異常的撓度和變形，產(chǎn)生大的噪音和振動(dòng)，以致不能進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。象這樣的作業(yè)一定要使用A1級(jí)以上的壓力機(jī)，小型壓力機(jī)應(yīng)采用A特級(jí)。
圖3
對(duì)于板厚0.5mm以下的板料進(jìn)行手工送料沖裁及一般的整修或精密沖裁等，模具間隙在很小的情況下，如不使用A1級(jí)精度的壓力機(jī)很難長(zhǎng)期保證制件精度。在沖裁0.8～1.2mm的板料時(shí)，如模具間隙大，垂直度好，就能稍減少壓力機(jī)剛性對(duì)制件的影響，使用B1級(jí)的壓力機(jī)也不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題。料厚在1.6～2.4mm或更厚時(shí)，生產(chǎn)批量不大可使用B2級(jí)壓力機(jī)，由于模具在偏斜造成的制件精度或外觀影響不大。但在加工3mm以上的中厚板料時(shí)，沖裁壓力集中載荷作用在滑塊上。因此壓力機(jī)剛性又成為非常重要的因素，在使用C形壓力機(jī)時(shí)，若壓力不能控制在公稱壓力的60%以下，不僅降低制件的質(zhì)量，對(duì)壓力機(jī)壽命也有很大的影響。
2.對(duì)彎曲成形件的影響
在彎曲成形加工中，壓力機(jī)靜態(tài)精度的好壞對(duì)制件的影響不大，但壓力機(jī)的剛性對(duì)制件有一定的影響。為把回彈誤差控制在最小范圍內(nèi)，使上下模鐓死，進(jìn)行校正彎曲是一個(gè)較好的辦法，但夾在凸模和凹模之間的板料厚度存在一定范圍的波動(dòng)，又因拉伸強(qiáng)度和其它機(jī)械性能也是變化的，所以彎曲力有時(shí)可能是所需最低壓力的幾倍，使壓力機(jī)產(chǎn)生彈性變形影響制件精度。
彎曲成形加工一般使用A2級(jí)壓力機(jī)，如對(duì)制件精度特別是回彈量要求很嚴(yán)時(shí)，板厚允許誤差很小的磷青銅和其它薄板件的彎曲，只有使用A1級(jí)壓力機(jī)才能達(dá)到所要求的精度。因此，制件材質(zhì)厚度的不同比壓力機(jī)規(guī)格還重要。如2級(jí)精度材料在進(jìn)行彎曲成形時(shí)精度上沒(méi)什么問(wèn)題的話，使用B2級(jí)壓力機(jī)也能得到較好的結(jié)果。但這樣的板料有時(shí)會(huì)混入厚而硬的材料，使模具產(chǎn)生過(guò)載現(xiàn)象，如壓力機(jī)剛性好，可能不產(chǎn)生變形，但造成模具損壞或變形。
3.對(duì)拉深件的影響
在拉深、多次拉深、變薄拉深加工中，當(dāng)板料進(jìn)入凹模圓角后，板料只能沿著凸模壓入凹模，凸模很少成壓死狀態(tài)，而且其加工壓力比下死點(diǎn)的公稱壓力小的多，因拉深力是在滑塊行程中間到下死點(diǎn)這一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)作用，所以壓力機(jī)剛性對(duì)制件的影響很小。制件壁厚不均以及出現(xiàn)突耳等其它缺點(diǎn)，主要是受沖模結(jié)構(gòu)、尺寸和精加工程度的影響。如果凸模同樣通過(guò)導(dǎo)向進(jìn)入凹模，壓力機(jī)垂直度較好時(shí)，對(duì)制件精度影響也不大，所以一般使用B2級(jí)壓力機(jī)就能滿足要求。
可是很多壓力機(jī)的滑塊行程很長(zhǎng)，在測(cè)定滑塊垂直度值時(shí)，這個(gè)測(cè)定值雖然小，但有些壓力機(jī)的滑塊出現(xiàn)8字形或矩形，在變薄加工或鋁等軟板的拉深加工中，制件的側(cè)壁厚度不同和超出一般的突耳就會(huì)出現(xiàn)壁部高度不同的情況，增加了制件的廢品率。小型壓力機(jī)滑塊出現(xiàn)這種情況，進(jìn)行仔細(xì)研磨還能得到解決，而大型壓力機(jī)則要拆開進(jìn)行機(jī)械加工來(lái)修整。
四、結(jié)束語(yǔ)
壓力機(jī)剛性對(duì)制件質(zhì)量的影響較大，但剛性低，可采用加工壓力比公稱壓力低的辦法來(lái)彌補(bǔ)。而壓力機(jī)精度不高，對(duì)模具壽命有直接的影響。剛性好的壓力機(jī)，加工精度高，沖件加工時(shí)模具壽命長(zhǎng)。因此加工高精度零件的高速自動(dòng)壓力機(jī)、沖裁專用壓力機(jī)、冷擠壓機(jī)、壓印肘桿壓力機(jī)、熱鍛機(jī)等設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)具有很高的剛性。