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高速精密冲压设备现状及发展趋势

高速精密冲压设备现状及发展趋势

高速精密冲压设备现状及发展趋势

高速精密冲压设备因可以大幅度地提高劳动生产率,而被广泛应用于电子、通讯、汽车、机械、军工、医疗器械、自动化装备和家电产品等制造领域。本文通过介绍国内外高速压力机的发展历程,概括并总结了高速精密冲压设备现状及发展趋势。


1.高速精密冲压设备组成

高速精密冲压设备是包括高速压力机与高速压力机配套的自动化送料机周边设备及检测设备的统称。高速压力机用于精密零件的高速冲压,要求其具备较高的精度,因此也称为高速精密压力机。随着工业的发展,功能性冲压零件(微电机的定转子硅钢片冲压件、工业电机的定转子硅钢片冲压件、小型变压器硅钢片、易拉盖、引线框架、接插件等)的需求日益增加,促使压力机的冲压效率不断提高,高速压力机的应用逐步得到推广,本文中提及的高速压力机是指能够适应多工位级进模要求的速度高(冲压速度或送料速度)的压力机。


高速压力机需要和料架、材料校平机、送料机、模具和废料回收等装置共同构成自动化冲压线以完成冲压工作,这就要求高速压力机在机械和电器上能够与周边设备衔接,实现对冲压过程的监测(生产计数、材料状态、材料厚度、送料线高度、冲压力、冲床转速、行程、下死点位置、气动系统压力、润滑系统温度和流量等)和控制。

2.国外高速压力机发展历程

高速压力机的诞生已有100多年的历史。1910年美国亨利拉特公司制造出世界最早的四柱底传动高速压力机,当时称为dieing machine,曲轴装在工作台下,通过4根导柱驱动滑块运动,具有体积较小、重心低、稳定性好、传动系统水平分力较小及容易操作的优点,冲压速度一般为200-300次/min。


40年代,日本成功研制底传动高速压力机。该类机型往复运动部分的重量大,在滑块行程次数较高时,由于惯性力引起的问题也越来越严重。直到1955年该机仍为高速压力机的代表机型,以后随着电机电器工业的发展,各国纷纷研制高速压力机。50年代,联邦德国、美国、瑞士的几家锻压机床制造厂为适应大批量的硅钢片和薄板零件的生产,发展了早期的上传动高速压力机。其特点是将卷料自动送进,应用简单的级进模顺序冲压,因减少滑块行程而提高行程次数。


60-70年代,瑞士布鲁德尔公司研制的BSTA系列柱式导向的上传动开式高速压力机,行程30mm时,最高冲压次数达到400次/min。60年代末到70年代,冲压速度提高到了600次/min和800次/min。70年代初开发的BSTA41型400kN高速压力机达到了1,200次/min的超高速。随后各压力机制造商开展了高速压力机速度的竞争。美国明斯特公司推出“蜂鸟”系列HB2-30型270kN闭式双点超高速压力机,行程次数进一步提高到2000次/min,随后日本、德国也相继研制出自己的超高速压力机,步入了超高速压力机时代。


80年代,能率制作所开发的小型高速压力机速度达到了3,000次/min,在满负载条件下达到了JIS标准中的特级精度要求,标志着高速压力机发展到超高速和超精密阶段。80年代后,由于半导体和电子工业的迅速发展,大规模集成电路和电器元件、微电机、芯片等产品的大量需求,更有力地推动了高速压力机向超精密方向的发展,特别是世界超微电子设备市场竞争激烈,高速精密压力机在800-1,000次/min速度范围内的超精密加工达到了前所未有的水平。各高速压力机制造厂家把主要目标集中在提高下死点动态精度上。之后,高速压力机的结构出现了新突破,如多连杆传动机构、静压轴承导向、热平衡系统和下死点位里自动调整机构都已获得应用。


20世纪末,伴随着全球家电行业和汽车行业的高速发展,带动了高速压力机的进一步发展,家电行业出于环保要求,对高效率变频电机和低噪声电机需求量大。汽车电机包括辅机用小型电机和驱动用主机电机,其中前者要求电机的控制性能高、电磁噪声极其小,以及优良的耐久性能。这些新的需求,要求高速压力机进一步提高精度及效率。日本会田公司推出了双边驱动的MSP系列,采用单排4点结构,双边驱动,精度更高。

3.中国高速压力机发展历程

中国内地高速压力机起步较晚,始于济南铸造机械研究所“六•五”期间承担的原机械部“60吨闭式高速精密冲床研制”。1982年济南铸锻机械研究所和北京低压电器厂共同研制中国第一台高速压力机J75G-600。随后研制出了公称力300kN、冲次为600次/min的高速压力机,采用整体框架式预应力床身、机械无级变速装置、柱式滚动导轨和强制油冷式热平衡系统、平衡块式平衡装置和轻合金滑块。


上世纪80年代中期,齐二机床厂引进德国舒勒800kN、1,250kN及2,000kN3个规格的SA系列高速压力机的设计及制造技术,成功制造SA系列高速压力机,采用组合式预应力床身,八面直角预应力滚动导轨和副滑动平衡装置,适合于中、小型电机定转子的级进冲压加工。同期,徐锻集团自主研发JF75G-100闭式双点高速压力机,并在此基础上开发出JF75G-200闭式双点高速压力机,最高滑块行程次数为200次/min,同时推出了J21G系列开式高速压力机,采用铸造机身、V型滑块导向,气缸式平衡装置。上述产品小批量投放市场,满足了一定的市场需求。


以上产品均没有大批量投放市场的主要原因是受到当时的模具制造业水平、小型精密冲压件的市场需求量和高速压力机周边设备的配套水平的制约。2000年后,得益于家电行业的迅猛发展、模具制造水平的提高,高速精密压力机的市场需求量迅速增加。2004年徐锻集团成功研制出SH-25型250kN超高速压力机,采用精密三圆导柱结构,其中辅助导柱采用静压结构,主轴部分采用滚动 滑动复合结构,配备动态平衡装置及润滑油温控制系统,行程20mm时最高转速为1,200次/min,随后进行了系列化,形成了公称力160-500kN的超高速压力机制造能力,用于满足微电子类零件的精密冲压。


随后扬锻集团、宁波精达、扬力集团、米斯克、山东金箭和中山胜龙等陆续开展闭式高速压力机的研发。扬锻集团开发出800-3,000kN的J76闭式双点高速系列,进行了单排三点闭式高速压力机的研发。宁波精达采用正弦结构,开发出应用于空调翅片冲压领域的闭式双点高速精密压力机(GC系列),并在此基础上开发适用于微电机定转子领域的GD系列闭式双点高速压力机。米斯克在小型闭式高速压力机领域开发出Super系列多连杆高速压力机,以及用于微电子行业中精密零件的高速冲压。


在开式高速压力机领域,徐锻集团、扬锻集团、扬力集团和米斯克等陆续推出了开式高速压力机系列产品。在导向结构上呈现两种形式。第一种为三圆导柱结构,主要用于精密微电子类零件的高速冲压,普遍采用整体铸造机身以及平衡装置,其中开式超高速压力机采用反向动态平衡机构。限于现有的制造精度水平,除徐锻集团外,其他各公司普遍采用辅助导柱固定的三圆导柱结构。第二种为传统V型导向或矩形导向,承载刚度大,但速度稍低,多用于小型微电机定转子、E/I铁芯等零件的高速冲压,也可用于部分空调翅片的冲压,滑块行程稍大,速度更低。


目前,中国市场微电机铁芯定转子、变压器铁芯冲片和空调翅片等零件的制造能够完全满足。但是引线框架及高精度接插件行业所需的高档高速精密压力机仍需进口,目前中国仅有米斯克、徐锻集团、扬锻集团和宁波精达等公司从事引线框架冲压所需高速压力机的研发。

4.高速压力机发展趋势

趋势一:高速度。高速压力机从诞生至今,速度不断提高。冲压零件厚度逐渐缩小、所需冲压吨位逐渐缩小的市场需求,为高速压力机速度的提高创造了条件。从高速压力机发展的历程看,每次速度的飞跃式提高,高速压力机的公称力和行程呈现出减小的趋势。


趋势二:高刚度和高精度。由于在高速压力机上采用硬质合金模具,凸模和凹模在水平面内的相对位移必须减少到最小限度,才能避免模具的损坏,提高使用寿命,这就要求高速压力机具备一定的水平刚度。高速压力机向高速度的方向发展,要求与之相应的精度进一步提高。高速压力机动态精度则是通过采取温度控制以及下死点动态补偿机构来实现。温度控制主要采用预热、设置油冷机、混合采用加热和冷却等方式。


趋势三:上传动占主导。


趋势四:闭式结构占主导。


趋势五:双点结构逐渐向三点和单排四点发展。


趋势六:采用新材料(低密度材料、低膨胀系数材料、其他特殊材料)。


趋势七:采用高精度轴承。


趋势八:操控系统人性化及智能化。


趋势九:采取各种有效的防止振动和噪音的措施。


趋势十:应用伺服驱动技术。

5.高速精密冲压的有益补充——快速压力机

本文所提的快速压力机主要用于大批量、中小型零件的精密冲压。快速压力机没有确切的定义,一般是指冲压时滑块行程在50mm以内、冲制品厚度较小及冲压速度比传统设备较高,多在300次/min或100次/min以内,采用连续运转方式。


在微电机定子/转子冲压领域,采用快速精密冲压虽生产率稍低,但设备资金投入较小。冲制工业电机定/转子时,虽然高速精密冲压设备能提高生产效率,但与之配套的周边设备难实现,因此宜采用快速精密冲压。由于送料步距大,虽然快速压力机速度不高,但送料速度却达到了“高速”。快速压力机呈现快速、大型化、伺服化发展趋势。


在中国,快速精密冲压设备源于上世纪90年代,主要为满足链条行业的快速冲压需要,徐锻集团在原有JE系列产品的基础上,将滑块行程设计为50mm以内,减小装模高度调节量,增加送料输出轴,同时适当提高冲压速度,开发出了早期的JK21系列产品。为适应大尺寸链板的快速冲压,对JK21系列产品进行了改进设计(如采用半闭式机身、机身用连接板加固、进一步提高速度),形成了JK31半闭式快速压力机系列产品。对JK31部分产品进行了提速,JK31-125速度进一步提高到了100-220spm,生产效率得到了较大提高。


近两年来,伴随着中国微电机定转子高速冲压市场的趋于饱和,一部分企业开始将发展方向转向大尺寸工业电机定转子的快速冲压。与传统的单工序冲压相比,快速冲压可以将4-5个冲压工序集中在一套模具中,生产效率得到极大提高,同时降低了设备资金投入。徐锻集团、扬锻集团陆续推出了大型快速冲压设备,徐锻集团推出的JK36系列闭式快速压力机最大冲压力达到800t。

6.自动化周边及检测设备

自动化周边设备主要包括:料架、裁焊机、校平机、送料机、三合一料架整平送料机、给油机、负压吸废料装置、收料装置。检测设备有下死点检测仪、废料上调检测仪、错误检测装置等。自动化周边设备和压力机共同组成自动化冲压线,采用自动化冲压线生产方式可以降低产品成本,提高劳动生产率、产品精度、材料利用率和生产作业的安全性等,同时节约占地面积,省去半成品库存,便于管理,进而提高生产企业的竞争力,因此,广泛应用于微电机、微电子、汽车和家电等行业。


由于自动化冲压线种类较多,这里介绍的自动化周边设备主要应用于与高速/快速压力机结合的高效精密冲压线。此类冲压线多用于生产大批量零件,如微电机及工业电机的定转子铁芯、空调翅片、精密引线框架等。最低运行速度在100次/min左右(大型冲压线),最高可在1,000次/min以上(小型冲压线)。冲压零件厚度多小于1.0mm,甚至小于0.1mm。大型冲压线由于其送料步距大,虽然压力机自身运转速度不高,但其送料速度却远大于小型冲压线的送料速度。

文章来源:CMJ 中国机械与金属

发布时间:2014/6/19 14:35:54 点击率:2514 [返回上一页]


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