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 圖3：沖床的扭矩特性
為了實現無切削成形，對沖床的功能要求越來越高。沖壓機械的發展趨勢正向高精度、高剛性、合適的滑塊運動特性、智能化、多方向運動、甚至環保方向發展。
 圖4：滑塊的速度特性
機械式沖床的發展趨勢
◆ 通用沖床的高剛性、高機能化  圖5：C形沖床
原本作通用機用的C形沖床（圖5）也追求高精度、高機能化，由此開發出一體型龍門沖床（圖6）；帶AIDA連桿驅動機構且在下死點附近速度很慢而SPM不受影響的連桿式沖床（圖7）。此連桿式沖床在驅動齒輪與曲軸間介入了兩個偏心的連桿，當驅動齒輪轉動時，由于連桿的連結角度變化，曲軸就做不等速運動。此連桿機構與其它的連桿機構不同的是受壓部的連接點少而綜合間隙小。如圖3所示，連桿式機構比肘桿式機構的扭矩能力高，可實現在下死點更高位置的成形。
 圖6：龍門式沖床
 圖7：連桿式沖床的構造圖
◆ 垂直連桿式（VL）驅動方式
針對機械式沖床高精度、高剛性的要求開發出了如圖8所示的垂直連桿式沖床(VL系列)，圖9所示為其驅動方式。VL驅動方式是在普通的肘桿式機構中加上垂直連桿和支點連桿共二支連桿，使加工中直接與滑塊連接的連桿基本保持垂直狀態，使成形載荷能通過垂直連桿垂直傳遞的驅動方式。  圖8：垂直連桿式沖床
 圖9：VL驅動方式和肘桿式驅動方式
普通機械沖壓機由于連桿是斜壓在滑塊上，使滑塊受很大的不良橫向力，因此，這種驅動方式比普通驅動方式具有更高的精度，更加適合于高精度加工。圖10為普通沖壓機的受力圖。下死點上方5mm位置，普通肘桿式沖壓機的滑塊受到橫向力約占成形力的10%，而VL的不會超過1%。這種沖壓機適用于要求上下模具對中性高的加工。
 圖10：不同驅動方式側向力的比較
◆ 滑塊連桿式（SL）驅動方式
SL驅動方式和VL驅動一樣是一種作用于滑塊上的側向力幾乎為零的驅動方式，但其行程可以做的更長，適用于下死點以上更高的位置上開始速度變化很少的擠壓加工。驅動方式如圖10所示曲軸與?動連桿滑動連接，滑塊通過連桿與搖動連桿機構連結。這種連桿機構保證連桿在工作中保持基本垂直狀態。 如圖10所示下死點上35mm的位置上，肘桿式沖床的側向力為29%而SL沖床只有0.24%。  圖11. 順送加工與多工位搬送加工的復合成形
垂直連桿式沖床多用于順送加工，但在形狀復雜的成形中，也有用如圖11所示的先用順送加工，后半部分用多工位搬送的復合方式進行加工。搬送裝置可用各種各樣，如吸盤式或夾爪式的三維伺服多工位搬送裝置等。
數控沖床具有CNC控制系統，能根據加工方法的需要任意設定滑塊的運動方式和速度。
▲ 螺桿式數控沖床  圖12：AC伺服沖床的構造
伺服工作機（圖12）是使用AC伺服馬達通過螺桿驅動滑塊的，成形中下死點的位置可通過位置讀取裝置提供數據給位置控置裝置進行控制。因此，機械的熱膨漲和彈性變形不會影響產品的精度，如圖13所示可以調整出最適合的滑塊運動方式及以極其微小的單位控制下死點的位置。所以適用于高精度高機能的無切削成形螺桿式伺服沖床采用油壓馬達和儲能器進行扭矩控制的形式，下死點的位置控制可達到微米級，是節省能源且有環保要求的機種。
 圖13：滑塊運動模式的舉例
▲ 曲軸式伺服沖床
曲軸式沖床與AC伺服馬達組合起來的數控沖床如圖14所示。這種沖床是用伺服馬達代替原來沖床上的離合制動器和飛輪。這種沖床具有滑塊運動模式可任意設定的伺服沖床的特點，同時具有如圖3普通機械式沖床的扭矩特點。但其工作能量在低速區不會降低。  圖14：數控沖床
▲ 復動成形沖床
復動成形是無切削成形的有力手段。在冷間鍛造中的閉塞鍛造就是一個例子，是通過控制多個沖頭、凹模的動作和時間圖來達到控制材料塑性流動的目的。制品的精度和成形性可得到提高，甚至可以縮短工序數量。 復動成形粗略可分為兩大類：重視沖床的通用性使用復動模架的復動成形；多品種生產用模具裝拆容易的使用復動沖床的成形。最近不僅在鍛造加工上，同時在板金成形與鍛造的復合成形的多樣化及能力的提高的同時，要求沖床不僅具有多動作性能，還須具備高的通用性。 ▲ 閉塞鍛造沖床
 圖15：滑塊協調式的閉塞鍛造模具
星形輪及十字連軸節的成形已普遍利用閉塞鍛造模具及通用鍛造沖床。其模具結構如圖15所示具有閉塞機能和協調機能。其它可節省模具裝配時配管時間的閉塞鍛造沖床可分成兩類：這些功能全在沖床里（圖16)和上下油缸在沖床上而協調機構在模座上兩種形式。
 圖16：滑塊協調式閉塞鍛造沖床
▲ 板材鍛造沖床
隨著板材鍛壓成形的普及，要求鍛造沖床能進行拉深成形或縮短工程數，因此要求滑塊和工作臺必須帶油缸。原來的閉塞鍛造幾乎都是采用高能力的常壓動作，板材鍛造除了要求與工法相適應的常壓動作之外，還要求帶有順序動作、自鎖等功能。  圖17：帶齒形杯狀
圖17是外形帶齒形的產品。這是由如圖18所示的模具成形的，模芯比凸模先進入凹模中，反頂桿提供背壓進行正擠壓動作。
 圖18：杯狀物的正擠壓模具
▲ 齒輪成形用沖床
螺旋齒輪成形用復動油壓沖床如圖19所示。這種沖床共有滑動驅動用、滑塊內2個、工作臺內2個，共５個驅動源全部合用1個油壓式驅動裝置。  圖19：齒輪驅動式油壓復動沖床
成形的初期階段與常壓頂桿方式的內圈鍛造成形一樣，凸模插入閉塞中的凹模齒形空間，材料從下方開始流動進行初成形。在這種狀態下，模芯上升，材料中心的模芯直徑由粗變細。此時工件內徑部又有了新的空間，可以產生新的塑性流動，所以加大壓力材料就可充滿齒形的先端部位。其模具結構。圖20是用此方法加工出來的產品，加工壓力只有1300 Mpa，齒形部的塌角及毛剌極小。利用復動成形對材料流動進行控制成形出來的齒輪可達JIS3~4級，這非常接近于高附加值的無切削成形。
 圖20：螺旋齒輪（材質：SCM420）
結束語：塑性加工是無切削加工中的很關重要的一種，它是利用復動成形進行高精度、高附加值的成形及工程縮短、復合成形等的板鍛造及毫微米級的微細精密成形，使其成形范圍越來越寬。本文就這種加工方式所需的沖床的高精度、高剛性、及伺服技術的應用的發展方向作了基本闡述。
另外利用伺服技術及數據庫技術而實現數控化，使鎂合金及高強度材料等原本極難加工的材料也能用沖壓方法進行加工。甚至利用伺服技術與復合復動成形技術相組合，可大大地拓寬塑性加工的范圍。 這些技術經驗的積累，不僅能實現無切削成形，同時產品的制造技術能得到更進一步的發展。 |
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