机械压力机与液压机混合生产线的探讨.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 01 2 1 2 0 1 1 o 5 0 0 1 8 0 4 机 械 压 力 机 与 液 压 机 混 合 生 产 线 的探 讨 胡 明 杰 ， 刘振 ， 朱娟 。胡松 。 冯涛 扬州 捷迈锻 压 机械 有 限公 司 ， 江苏扬 州 2 2 51 2 7 摘要 介绍 了机 械压 力机 、 液 压机 及 伺服 压力 机 的特 性 ， 并对这 些特 性进 行 了详 细 阐述 ， 分析 了各 自的优 缺 点。在 此 基础 上提 出 了机械 压 力机 与 液压机 混 合 生产 线的概 念 ， 并 以汽 车覆 盖件 冲压 线设 备选 型 为例 ， 总 结 了机械 压 力机 与液 压机 混合 生产 线 的优 点及 以后 的发展 趋 势。 关键 词 机械 制 造 自动 化 ； 混合 生产 线 ； 动作特 性 ； 发展 中 图分 类号 - T G3 8 5 ． 9 文献标 识 码 B 1前 言 装备 制造 业 的整 体能 力 和水平 决定 着 一个 国家 的综 合 国力 、 经济 实 力和 国防实力 ， 已成 为衡 量一 个 国家 国际竞 争力 的重 要标 志 ，发 达 国家无 不 把装 备 制造 业作 为本 国的支 柱产 业 和强 国之本 。 由于锻 压 生产具 有 生产 率 高 、材 料 利用 率 高和 改 善工 件 内部组 织及 力 学性 能 等优 点 ， 因此 ， 锻 压设 备在 各行 各 业得 到 了广 泛应 用 。 已成 为装 备 制造 业 的 重要 组成 部分 ，在 装 备制 造业 中 占有举 足 轻 重 的 地 位 。 2锻 压 设 备 的 分 类 锻 压设 备 种类 繁 多 ，虽 然 工艺 用途 和结 构 特点 各 有不 同 ， 但许 多锻 压设 备 又具 有相 同的驱 动方 式 、 工 艺特 点 和相 近 的结构 ， 存 在一 些共 性 。 因此 ， 按驱 动 方式 和工 艺 特点 的不 同 ，锻 压设 备通 常 分为 机械 压 力 机 、 液 压 机 、 锻锤 和旋 转 成 形 机 械 等 ， 其 中机械 压 力机 和液 压 机 占有相 当大 的 比重 。 上 世 纪 9 0年代 国际 上 出现 了与传 统 机械 压力 机完 全不 同概念 的第 三 代压 力机 伺 服压 力 机 ，由于其具 有 的优 异性 能 ， 受 到 了 业 界 的 密 切 关 注 和 重 视 。 3机 械 压 力 机 特 性 机 械 传 动 ， 通 过 曲 旋 转运 动 转换 为 滑 锻压机械设 计与研 发 3 ． 2机 械 压 力 机 的特 点 机 械压 力 机是 一种 定行 程设 备 ，其 工 作行 程 主 要 取 决于 机械 传动 部分 的结 构 和尺 寸 ， 因此 ， 滑 块运 动 有 固定 的上 下死 点 ； 滑块 的行 程位 置 、 速度 和 公称 力 随着 曲柄 转 角 的变化 而变 化 。 3 ． 3机 械 压力 机 的优点 工作 行 程次数 较 液压 机 高 ；装 机 功率 较 液压 机 小 ； 可靠性 高 ； 设备 故 障易 于判 断 ， 维护 保 养方 便 ； 几 乎 没 有 油 液 污 染 。 3 ． 4机 械 压 力 机 的 缺 点 滑块 行 程高 度 固定不 可调 ， 有 固定 的 上下 死 点 ； 滑块 的成 形 时 间短 ， 成 形 速度 不可 调整 ， 且 仅 能在 下 死 点前较 小 的行 程 内产 生公称 压 力 ；受 曲柄 连杆 等 结构 强度 和 尺寸 的 限制 ， 滑块行 程 高度 有 限 ， 且公 称 力 一般 ／ b于 1 0 0 MN； 传 动连 接 环节 多 和 传 动结 构 本 身 产生侧 向力 ，不 能保 证滑块 长 时 间稳定 的下 死点 位 置和有 效 的导 向精 度 ； 工作 时机 床振 动 大 ， 对基 础 破 坏较 大 ； 结 构 较 为 复 杂 ， 加 工 精度 要 求 高 ， 设 备 造 价 较 液 压 机 高 。 4液 压 机 特 性 4 ． 1液 压 机 工 作 原 理 液 压机 是 根据 静态 下 液体压 力 等值 传 递 的帕斯 卡 原理 制成 的机器 设备 ， 采 用液 压传 动形 式 ， 泵 将 电 能 转 变为 液体 压力 能 ，通 过油缸 驱 动滑 块 等执 行 机 构 完成 工件 成形 工 艺 。 4 ． 2液 压机 的特 点 主 要 特 点 是 速 度 决 定 于 流 量 ， 压 力 决 定 于 负 载 。 4 ． 3液 压 机 的 优 点 结 构上 易 于实 现很 大 的工作 压 力 、较 大 的工作 空 间和较 长 的工作 行 程 ；在 滑块 行程 内的任 意 位置 均 可产生 液 压机 的最 大工作 压 力 ，具有 长 时间 的保 压 功能 ；滑 块行程 高 度 、快 转 慢点 和快 回加 速 点位 置 、工作 循 环时 间可 根据工 艺要 求在 行 程范 围内进 行 调节 ；工作 压力 和工作速 度 可在一 定 范 围 内进 行 调 节 ， 在 多 缸 结 构 中 可 实 现 压 力 分 级 和 速 度 分 级 ； 工 作 平稳 ， 振 动和 噪声 比较 小 ， 对 基 础 破坏 小 ； 结 构简 单 ， 制造 容 易 ， 设备 造 价较 机械 压力 机低 。 4 - 4液 压 机 的 缺 点 工作 压 制和 回程 时用 油 泵直接 驱 动 ，装 机 功率 较 大 ； 油 缸 升压 和 电磁 闽换 向需 要一 定 时 问 ， 工 作速 度较 机械 压 力机慢 ， 工 作节 奏小 于机 械压 力机 ； 使用 液 体 液 压 油 、 机 械油 或乳 化剂 作 为工作 介 质 ， 因而 对 液压元 件精 度 矛 密 封条件 要 求较 高 ；工作 油 液有 一 定 的使 用 寿命 ， 需 定 期 更换 ； 设 备 发 生故 障 时 ， 症 状不 直 观 ， 排 查难 度较 大 ； 漏 油 、 渗油 现象 时有 发 生 ， 对 环 境 污 染 较 大 。 5伺 服 压 力 机 特 性 5 ． 1伺服 压 力机工 作原 理 采用 伺 服 电机 驱 动 ，通 过 曲柄连 杆 机构 或 其他 机构 将伺 服 电机可 控 的旋转 运 动转化 为 滑块 所需 的 直线 运动 。 S ． 2伺 服压 力 机 的特点 滑块 运 动 曲线 可根 据工 艺要 求任 意 调整 ，并 可 以存储 针 对拉 深 、 弯 曲 、 冲裁 、 精 整 、 压 印 等不 同 工艺 以及 不 同材质 的滑 块运 动 曲线 ，在使 用 时根据 不 同 的成 形工 艺 、 不 同材质调 用 不 同的滑 块运 动 曲线 。 伺 服压 力机 结 合 了机 械 压 力 机 的效 率 和液 压 机 的 柔 性 ， 具 有 高 柔性 、 高效 性 、 高精 度 、 低 噪声 等特 点 ， 代 表 了锻压 设备 的发 展趋 势 。 5 。 3伺 服压 力机 的优 点 伺 服 电机直 接 与 曲柄 连 杆等机 构 联接 ，省 去 了 飞轮 、 离 合 器等 其 他 辅 助设 备 ， 简 化 了传 动环 节 ； 可 以获得 任 意 的滑块 运动 特性 曲线 ，提 高 了压 力机 的 加 工性 能 ， 扩大 了加 工范 围 ； 可根据 不 同 的生产 需 要 设 定 不 同 的 行 程 高 度 和 工 作 速 度 ， 缩 短 了循 环 时 间 ， 提 高 了 设 备 的 灵 活 性 、 适 用 性 ； 采 用 闭 环 控 制 ， 能 够 保 证 滑块 在 整 个工 作 行 程 都具 有 很 高 的 运动 精 度 ， 特别 是 下死 点 的成形 精度 ；伺 服 电机 只有 在 冲压 时 才 旋 转 ， 较 常 规 曲柄 压 力 机 节 能 3 0 ％以上 ， 符 合 低 碳 环保 要求 ； 可 以控 制 冲裁 时冲头 的速 度 ， 从 而 减 少 冲裁振 动 和噪声 ， 实 现 “ 静 音 ” 冲裁 ， 提 高 了模具 的使 用 寿 命 。 S ． 4伺 服 压 力 机 的 缺 点 电气 控制 系统 较 为复 杂 ，要 求设 备 维 护人 员 既 要懂 得计 算 机数字 控 制技 术 ，又要 懂得 工业 控 制计 算 机 、 可 编 程 逻辑 控 制 器 P l J C 的控 制技 术 以及 与 C NC控 制 器 之 间 的 通 信 技术 ； 虽 然故 障率 小 ， 一 旦 设备 出现 故 障 ， 特 别是 电气 故 障 ， 需要 很 专业 的人 员 来维 修 ；大功 率交 流伺 服 电机 及控制 系统价 格 十分 昂贵 ； 由 于 没 有 机 械 压 力 机 的 飞 轮 和 液 压 机 的 蓄 能 器 ， 尚 不 能 用 于 大 吨 位 和 特 殊 成 形 工 艺 。 5 ． 5伺 服压 力机 的前 景 伺 服压力 机在 性 能上具 有许 多优 点 ，已被 实践 所证 实 ， 被 业界 所公 认 。 但 是 这种压 力 机究竟 有 多大 的发 展前 景 ， 业 界并 没有 一 致 的看 法 ， 世界 上 真 正实 现 了商 品化生 产 的 国家并不 多 。常规 的机械 压 力机 和液压 机 具有 价廉 、 结构 简单 、 性 能可 靠 等一 系列 优 点 ， 而且历 史悠 久 ， 已经 在金 属成 形 的各个 领域 中得 到 了广 泛应 用 。 但 随 着科技 的 进步 、 伺 胃 瑟 压力 机性 能 的 日趋 完 善 、 性 价 比 的提 高 ， 伺服 压力 机也 有 可 能成 为锻压 装备 的新 亮 点 。 6机 液 混 线 介 绍 6 ． 1机 液混 线 的含义 所 谓机 液混 线就 是 以机 械压力 机 和液 压机 为 构 成 要素 ， 按 照工艺 要求 和机 械 压力 机 、 液压 机各 自的 特 点进 行优 化组 合 而形成 的生产线 。 6 ． 2机 液 混 线 的 可 行 性 锻 压 设 备在 汽 车 工业 占有 举 足 轻重 的地 位 ， 据 相 关 资 料 表 明 在 轿 车 的 2 0 0 0余 个 零 件 中 ， 按 件数 统 计金 属 板材 冲压件 占零 件 总数 的 4 0 ％以上 。 当前轿 车生 产 凸现 车型个 性化 特点 ，换 型 周 期 越来 越 短 。轿 车 换型 主要 表现 在车 身形 状 和结 构 的 变 化 ，而与 之相 适应 的是 金属 板材 冲压 件 的千 变万 化 。 轿 车 金属板 材 冲压件 大 致可 分为 车身覆 盖 件 、 车 身结 构件 和 中小 型 冲压 件 。车 身覆 盖件 和 车身 结构 件 是具 有 保 持车 身 全 部 外部 和 内部 形状 的零 件 ， 它 既是 外 观装饰 性 的零 件 ，又是 封 闭薄壳 状 的受 力零 件 ， 如 车 1、 顶盖 、 侧 围 、 行 李箱 盖 等 ， 是 金 属 板材 冲 压件 的 主体 。 中小 型 冲压 件在 轿 车 中的分布 较分 散 ， 调 的工 作行 程 和加 工 时 间 ， 与 机械 压力 机 相 比 ， 具 有 较 大 的优 越性 。由于 液压 机成 形 的诸 多优 点 和很 高 的性价 比 ， 所 以 ， 国 内外制 造 商十 分重 视 液压 机相 关 技 术 的研 究 、 集 成 和新 型 产 品 的研 制 ， 极 大地 推 动 了 液 压 机 制 造 业 的发 展 。 主 要 表 现 在 以 下 六 个 方 面 1 高速 和高 生产 效率 为 了提 高速度 和生产 效 率 ，国内外 液压 机制 造 商 主要 采 取 三大措 施 ① 提高 下行 和 回程 速度 。 意 大 利 埃 马 努 尔 公 司 的 液 压 机 其 下 行 和 回 程 速 度 为 3 0 0 ～ 6 5 0 mm／ s ；德 国 耐 夫 公 司 的 液 压 机 其 行 程 次 数 达 3 0 ／ mi n 。② 提 高液 压 机 的 自动化 程 度 ， 采用 快 速 换 模 系 统 和 上 下 料 装 置 实 现 单 机 和 连 线 的 自动 化 ， 缩短 辅 助操 作 时 间。③ 发展 多工 位 液压 机 ， 实 现 一 台 液 压 机 进 行 多 工 序 加 工 。 2 提 高 刚度 和精 度 瑞 士 法 因图尔 公 司提 出精 密 冲裁液 压 机 的整 机 刚度 应 达 1 0 0 0 0 k N／ mm， 其 措施 是 增 大 立 柱 横截 面 ， 增 加布 筋 和采 用抗 偏 载能 力强 的八 面 导轨 等 。液 压 机 滑 块 的一 次行 程 获 得 尺 寸 精度 为 I S 06 ～ 9级 和 剪 切 面 微 观 粗 糙 度 Ra 0 ． 4 ～ 1 ． 6 m精 冲件 ，并 且 由于 精 冲一 弯 曲 、精 冲一 挤压 和精 冲一 压 印 等复 合 工艺 的发 展进 一 步提 高 了制 成 品的精 度 。 3 高压 化 和大 型化 由于液 压元 件 的发 展 ，液压 机 的液 体工 作 压力 越来 越高 ， 使 液压 机 的体 积 、 重量 在 同等 公称 压 力下 相对 减小 。瑞典 通用 电器公 司 的液 压机 液体 工 作压 力达 1 6 0 MP a ～ 6 3 0 MP a 。由于 汽车 、 船泊 、 航 空航 天业 的发 展 ， 需要 成 形 的工 件面 积越 来越 大 ， 需 要拉 深 的 变形 量 也越 来 越大 ，这就要 求 液压 机 的公 称压 力 和 工作 台面越 来越 大 。目前 ， 拉深 液 压机 的公 称力 可 达 5 0 0 0 0 k N， 工作 台面 可达 6 0 0 0 mmx 2 5 0 0 mm。 4 控 制 系统 的数 控化 利 用 可 编 程 逻 辑 控 制 器 P L C 、计 算 机 数 控 C NC 等 先 进 技 术 提 高 控 制 系 统 的数 控 化 、 自动 化 程 度 。 5 液 压 系 统 的 集 成 化 6 ． 3机 液 混 线 的 应 用 以某型 轿 车车 门成 形工 艺 为例 ，该 零 件形 状 复 杂 ， 高 度 差较 大 ， 局 部 成形 较 多 ， 板 料 的变 形 不 仅是 单 纯 的拉延 成形 ， 而是存 在 一定 程度 的胀 形 变 形 ， 其 冲 压 成 形 工 艺 为 拉 延 一 修 边 一 冲 孔 一 整 形 。 拉 延 将粗 剪后 的钢板 压制 成所 需 要 的空 间立 体 曲面 形状 ， 由于 车 门形 状不 规 则且 拉延 深 度 大 ， 为 避 免 工 件 在 压 制 时 因塑 性 变 形 的 不 均 匀 性 出 现 波 纹 、 皱 折 、 凹痕 、 边缘 拉 痕 等 缺 陷 和压 制 后 出现 反 弹 现 象 ， 因此 ， 对 压 力 机 的性 能 和动 作 特 性 要 求较 高 ， 要 求 滑块 既 能迅 速完 成非 工作 行程 ，又能 慢 速成 形 工 件 ， 保证 工 件 的成形 质量 。 修 边 去 除零 件周 围的余料 和 溢料 ， 为 整形 作 准 备 。 冲孔 按 照生 产需 求对 零件 进 行打 孔 。 整形 将 冲压 后零 件 进行 修正 。 根 据 以 上 冲 压 成 形 工 艺 及 要 求 ，在 满 足 成 形 质 量 和效率 的前提 下 ，制定 了以下 四种 类 型 的 冲压线 设 备配置 方 案 1 机械 压 力机 线 1 3 0 0 0 k N 四点 多 连杆 机 械压 力 机 拉 延 - - - - 6 3 0 0 k N 四点 机 械 压 力 机 修 边 一 5 0 0 0 k N 四 点 机 械 压 力 机 冲 孔 -- - - 5 0 0 0 k N 四 点 机 械 压 力 机 整 形 ， 全 线 的生 产 效 率 为 6 ～1 0件 ， mi n， 四 台机械 压力 机 的价格 约 为 4 5 0 0 ～ 5 0 0 0万元 ，供 货 周 期 约 1 0 ～ 1 2个 月 。 2 液 压 机 线 1 6 0 0 0 k N 双 动 液 压 机 拉 延 一 1 0 0 0 0 k N单 动 液 压机 修边 - -- - 6 3 0 0 k N单 动液 压 机 冲 孔 - -- - 6 3 0 0 k N 单 动 液 压 机 整 形 ， 全 线 的 生 产 效 率 为 5 ～ 8件 ／ mi n，四 台液 压 机 价格 约 为 1 2 0 0 ～ 1 5 0 0 万 元 ， 供货 周期 约 5 ～ 6个 月 。 3 伺 服 压 力 机 线 由于 伺 服 压 力机 价 格 昂贵 ， 鲜 有企 业 能够 承受 ， 目前 国内只有 东 风汽 车 有 限公 司和 成都 飞机 制造 公 司等 少数 企业 应 用 了伺 服压 力 机 。 四 台 伺 服 压 力 机 的 价 格 约 为 1亿 元 。 4 机 液 混 线 1 6 0 0 0 k N 双 动 液 压 机 拉 延 一 6 3 0 0 k N 双 点 机 械 压 力 机 修 边 -- - - 5 0 0 0 k N 双 点 机 械 压力 机 冲孔 - - 5 0 0 0 k N双 点机 械 压力 机 整 形 ， 全 线 的生 产效 率 为 5 ～ 8件／ mi n，四 台压力 机 价 格 约 为 1 8 0 0 ～ 2 1 0 0万元 ， 供 货周 期 约 6 ～ 7个月 。 6 ． 4机 液 混 线 的优 点 在 汽车 覆盖 件 冲压 生产 线 中 ， 拉 延压 力 机 冲压 生产 线 打头设 备 性 能 决定 了冲压 生产 线 的效 率 和 性 能 ，其 造 价 约 占整 条 冲压 生 产 线 的 4 0 v ／ b 5 “ ， 从 上述 四种 类 型 冲 压 生产 线 的配 置 方 案 可 以看 出 ， 伺 服 压 力 机 线 的 价 格 极 为 昂 贵 ，远 非 一 般 企 业 所 能 承 受 ；机 械压 力机 线 的价格 次之 ，是 液压 机 线 的 3倍 多 ， 机液 混线 的 2倍 多 ； 液 压机线 和 机液 混线 价 格相 差 不 是 很 大 。 随 着 液 压 机 关 键 技 术 的 突 破 ，液 压 机 在 冲 压 方 面 的优 势和 潜能 得到 充分 发挥 ， 生产 效率 明显提 高 ， 而且 公 称力 、 台面愈 大优越 性愈 加 明显 ， 已经 完 全具 备 和机 械 压 力机 共 同组 成生 产 线 同步加 工 的条 件 ， 实 现液 压 机与机 械压 力机 混合 组线 。其 优点 有 1 gt 资少 ， 在接 近或 达 到机械 压 力机线 的生产 效 率时 ， 一 次性投 资 最少 。 2 充 分 发 挥 了 机 械 压 力 机 和 液 压 机 各 自 的 优 势 。 3 供货 周期 短 。 4 配 置灵 活 ， 柔 性 高。 7结 束 语 目前 ， 中 国汽车工 业 仍处在 成长 期 ， 对 冲压 成形 设 备 的需求 呈现 多样 性 的局 面 ，在 知 名 的汽车 制造 厂 ， 机械 压力 枧仍 是 冲压生 产线 的主流装 备 ， 至 于何 时批 量 装备伺 服 压 力机 ， 前 景仍 不是 很 明 朗。 对 于知 名 度不 高或 者 刚刚起 步 的汽车 制造 厂来 说 ，考 虑到 投资 额度 和生 产效 率 等各 个方 面的 因素 ，不 可 能也 没必 要 完全采 用 机械 压力 机 。机 液 混线 的 出现 为 冲 压成 形装 备提 供 了一个 新 的思路 ， 一 个新 的选 择 ， 虽 然机 液混 线具 有一 定 的优势 ，但 这并 不 意味 着液 压 机将 取代 机械 压 力机 ，而是 作 为机械 压力 机 的一 个 有益 补充 ， 为 冲压 成形 装备 开辟一 种新 路 子 。 今后 我们 将 继续开 展 技术攻 关 ，围绕 液 压机 高 速 和高性 能 的主题 ， 深入 研究 液压 机 滑块 、 液 压垫 滑 块 的综 合 速度性 能 指标 及动 作 匹配 ，大 幅度 缩减 液 压机 的节 拍 时间 ， 接近 或达 到每分 钟 8 ～1 0次 的行 程 次数 ， 同时采取 有效 措施 减 少液压 机故 障 发生 率 ， 使 得机液 混 线 的性 能 达到 或超 过机 械压 力机 生 产线 的 各项指 标 。 【 参 考文 献 】 f l 】 李永堂 ， 付建华 白墅 沽， 张文杰 | 锻压设备理 论与控制。 北 京 国 防工监囊版社 ， 2 0 0 5 ． 【 2 】 何德誉 ， 主编． 曲柄压力机． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 8 1 ． f 3 1 许福玲 ， 陈尧 明 ， 主编 ． 液压 与气压传动． 北京 机 械工业 出版社 ， 2 o 0 5 ． 【 4 ] 姊长红， 主编． 液压砚设计 、 制造薪工艺新技术及质量检验标准 规范． 北京 j E 方 工业出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 5 】 天 津锻压机 床厂。 中小型液 压机设计 计算 ． 天津 天津人 民 出版 社 ， 1 9 7 7 ． f 6 1 扬州捷迈 锻压机械有 限公 司．江苏省科技攻关计划项 匿任务书． 2 00 7 ， 【 7 】 孙友松 ， 屑先辉 ， 黎勉 ， 魏 良模 ， 黄 开胜 ， 何宏肃． 交流伺服压 力 机及其 关键技术 锻压技术． 2 0 0 8 ， 3 3 4 1 - 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