落料压力机的特性和改进措施

文/江天华

摘要：本文介绍了机械压力机用于板材落料受力特点及其针对落料缺陷采取的改进措施。

关键词：落料；特性；措施

1 前言

目前，由于越来越多的成形工艺由冲压自动生产线和多工位压力机完成，所以，在过去的5~10年间，人们也越来越多地使用落料压力机为它们备料。其送料通常采用手动或自动上料装置完成。加之材料成本继续在总成本结构中占有很大比例，人们正在开发更充分的利用板材的方法。现在，很多企业的生产工艺都要求用单台落料压力机，为6条或更多的冲压线提供板坯。

落料时，金属板材是通过装在压力机滑块上的冲头和工作台的凹模来完成切断的，这就是落料。落料时，凸模刃进入材料约一半时，板坯从母材断开，释放出冲切力。这一瞬间释放的力会对压力机施加强烈的反向载荷，造成机构损害。即当压力机对工件施加作用力时，其机身部分（横梁，底座，拉紧螺栓和立柱）会随之变形。

针对冲裁工艺中压力机的受力特点，在压力机机身刚性、滑块速度设置、液压平衡器等诸多方面采取措施十分必要。

2 提高压力机刚性

为阻止由材料断裂引起的瞬时反向载荷，在落料压力机设计时，通常规定压力机公称力应为所需落料载荷的两倍。这样，如果冲裁载荷为5000kN，则需选用10000kN压力机。所以，用户希望，在压力机达到满负载时，不会对设备产生负面影响，要求压力机有较高的刚性。根据现有技术，可以通过采取下列方法提高压力机的刚性：

2.1 提高拉紧螺栓公称预紧力

通常拉紧螺栓预紧力为压力机公称力的150%，增加公称预紧力，需增加螺栓直径，这是为了防止压力机机身结构在负载时因变形发生分离。通过增加拉紧螺栓的尺寸，压力机工作中机身被拉长的数值也就会减小。因此，压力机刚性变得更好。

2.2 放大立柱尺寸

用比传统立柱截面更大的截面设计立柱，减少负载时的变形来提高压力机的刚性。这一设计还提高了压力机承受反向载荷的能力，防止这一载荷影响压力机其他部件。

2.3 降低机身变形

对于通用压力机来说，一般将满负荷时压力机底座、滑块和横梁在垂直面上的最大变形量设计为1.66mm/m。因此， 如果设计时将变形量限定为0.08mm/m，压力机结构刚度就会有较大提高，而且更加稳固。

2.4 曲轴销联接

机械压力机滑块联接器通常有球头式和轴节式两种结构。当载荷使压力机部件处于受压状态时，球头式结构十分有效。然而，当存在很高的反向载荷时（如在重型落料的情况下），使用轴节式联接结构有一定优势。压力机实际载荷和反向载荷通过轴节式结构从滑块传递到横梁。轴节式结构使联接器承受满负载，此时销与连接架间间隙很小，有利压力机承受反向载荷。

2.5 横梁

落料压力机工作台尺寸相对较大，落料时除要注意左右变形外，还必须注意前后变形。对于大型压力机，工作台两个方向应越远越好，这样可以使负载保持在工作台内，使所有的压力机结构部件均衡承压。但当前后方向尺寸太大，会增加横梁尺寸。因此，需要加大横梁的截面尺寸，以减少负载下的偏移量。

3 降低滑块冲裁速度

落料反向载荷与压力机滑块速度有密切关系，即滑块冲裁速度增加时，反向载荷会随之增加。相对于传统的偏心齿轮传动机构而言，摇杆传动机构是另一个可选择的方案。

摇杆传动机构通过修改横梁的连杆，使滑块实现机械减速，因而它为重型落料创造了良好的减速特性。它与其他方式的根本不同点是可以在行程的任何一点，甚至在下死点很近的位置处减速，这特别有利于落料工艺。

与传统的曲柄连杆机构相比，摇杆传动系统在滑块速度上可降低或减少到70%，其减速相应地减少了穿透力，它还降低了落料时所产生的噪声，提高了工装的寿命。且压力机行程速度反而比曲柄机构的行程速度更快。

但是这一机构有一个缺点，即在相同规格压力机的情况下，它将使设备总成本增加10%或更多。尽管如此，由于落料特性得以改进，因此，从长远和综合生产成本考虑，还是合算的。

4 液压平衡器

冲裁时，冲头在材料断裂时的速率比在行程的任何其他位置的速率要高，整个上模和滑块会立即“感觉到”能量在这一瞬间的释放，并很快传递到其他压力机部件上。板材断裂时，若能立即停止滑块的运行，则可以消除或至少减少这种冲击。为此，可以采用液压平衡器。它可在冲头接触工件前，向滑块施加连续向上的力。具体结构是在压力机滑块上设置4个触头，在底座上配备4个位置对应的液压缸。工作时，在材料断裂前的瞬间，触头与液压缸活塞接触，使压力油从溢流孔中溢出。在材料断裂时，当滑块和触头速度随之增大时。溢流产生的反作用力可以“缓冲”并减慢滑块速度。

所有触头可通过机械或电子系统调整到相同的水平高度。这样，它们可同步与相应的油缸活塞接触。触头高度与所冲板材有关，每种冲裁零件的触头调整值可通过零件号从微机数据库中调出，触头也随之自动调整到规定高度。

此外，每个缸体的溢流孔的大小也需要调整，以适应压力机滑块速度的变化，与缸体相连的自动比例阀就能满足这一要求。整套系统安装在压力机机身上，不仅保持了模具空间区域的畅通，还为缸体和触头提供了所需的刚性支持。

5 结束语

上述改进方法的执行，需要生产厂和用户的通力合作，尤其是生产厂商，应该尽可能为用户提供高效而可靠的系统。同时，在实际生产中，必须针对具体的落料工艺进行详细充分的分析，才能选择适用的措施来改进落料工艺。