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渝升自動沖床提供淺談沖床的原理、分類及選擇


渝升自動沖床提供淺談沖床的原理、分類及選擇

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沖床之設計原理是將圓周活動轉換為直線活動,由主電動機出力,帶領飛輪,經離合器帶領齒輪、曲軸(或偏心齒輪)、連桿等運轉,來達成滑塊的直線活動,從主電動機到連桿的活動為圓周活動。連桿和滑塊之間需有圓周活動和直線活動的轉接點,其設計上大致有兩種機構,一種為球型,一種為銷型(圓柱型) ,經由這個機構將圓活動轉換成滑塊的直線活動。

沖床對資料施以壓力,使其塑性變形,而得到所要求的形狀與精度,因此必須配合一組模具(分上模與下模),將資料置于其間,由機器施加壓力,使其變形,加工時施加于資料之力所造成之反作用力,由沖床機械本體所吸收。

一、沖床的分類:

A.按滑塊驅動力可分為機械式與液壓式兩種,故沖床依其使用之驅動力不同分為:

(1)機械式沖床(Mechanical Power Press)

(2)液壓式沖床(Hydraulic Press)

普通板金沖壓加工,大部份使用機械式沖床。液壓式沖床依其使用液體不同,有油壓式沖床與水壓式沖床,目前使用油壓式沖床占多數,水壓式沖床則多用于巨型機械或特殊機械。 上海二鍛沖床

B.依滑塊驅動機構分類:

(1)曲軸式沖床(Crank Press)

使用曲軸機構的沖床稱為曲軸沖床,如圖一是曲軸式沖床,大部份的機械沖床

使用本機構。使用曲軸機構最多的原因是,容易制作、可正確決定行程之下端位子、及滑塊活動曲線基本上實用于各種加工。因此,這種型式的沖壓實用于沖切、彎曲、拉伸、熱間鍛造、溫間鍛造、冷間鍛造及其它幾乎所有的沖床加工。

(2)無曲軸式沖床(Crankless Press)

無曲軸式沖床又稱偏心齒輪式沖床,圖二是偏心齒輪式沖床。曲軸式沖床與偏心齒輪式沖床兩構造之功能的衡量,如表二所示,偏心齒輪式沖床構造的軸剛性、潤滑、外表、頤養等方面優于曲軸構造,缺點則是價格較高。行程較長時,偏心齒輪式沖床較為利于,而如沖切專用機之行程較短的情形時,是曲軸沖床較佳,因此小型機及高速之沖切用沖床等也是曲軸沖床之領域。

(3)肘節式沖床(Knuckle Press)

在滑塊驅動上使用肘節機構者稱為肘節式沖床,如圖三所示。這種沖床具有在下死點附近的滑塊速度會變得萬分緩慢(和曲軸沖床衡量)之獨到的滑塊活動曲線,如圖四所示。而且也正確地決定行程之下死點位子,因此,這種沖床適合于壓印加工及精整等之壓縮加工,當今冷間鍛造使用的最多。

(4)摩擦式沖床(Friction Press)

在軌道驅動上使用摩擦傳動與螺旋機構的沖床稱為摩擦式沖床。這種沖床最適宜鍛造、壓潰作業,也可使用于彎曲、成形、拉伸等之加工,具有多用性之功能,因為價格低廉,戰前曾被廣泛使用。 因無法決定行程之下端位子、加工精度不佳、生產速度慢、控制操作錯誤時會建立過負荷、使用上需要熟練的技術等缺點,當今正逐漸的被淘汰。

(5)螺旋式沖床(Screw Press)

在滑塊驅動機構上使用螺旋機構者稱為螺旋式沖床(或螺絲沖床)。

(6)齒條式沖床(Rack Press)

在滑塊驅動機構上使用齒條與小齒輪機構者稱為齒條式沖床。螺旋式沖床與齒條式沖床有幾乎等同的特點,其特點與液壓沖床之特點大 致等同。以前是用于壓入襯套、碎屑及其它物品的擠壓、榨油、捆包、及彈殼之壓出(熱間之擠薄加工)等,但當今已被液壓沖床取代,除非極為特殊的景況之外不再使用。

(7)連桿式沖床(Link Press)

在滑塊驅動機構上使用各種連桿機構的沖床稱為連桿式沖床。使用連桿機構之目的,在引伸加工時一邊將拉伸速度保持于限制之內,一邊縮小加工之周期,利用縮減引伸加工之速度變化,加快從上死點至加工開始點之接近行程與從下死點至上死點之復歸行程的速度,使其比曲軸沖床具有更短之周期,以提高生產性。這種沖床自古以來就被用于圓筒狀容器之深引伸,床臺面較窄,而最近則被用于汽車主體面板之加工、床臺面較寬。

(8)凸輪式沖床(Cam Press)

在滑塊驅動機構上使用凸輪機構之沖床稱為凸輪沖床。這種沖床的特征是以制作得當的凸輪形狀,以便容易地得到所要的滑塊活動曲線。但因凸輪機構之性質很難轉達較大的力氣,所以這種沖床能力很小。

C.依滑塊活動方式分類:

依滑塊活動方式分類有單動、復動、三動等沖床,唯目前使用最多者為一個滑塊之單動沖床,復動及三動沖床主要使用在汽車車體及巨型加工件的引伸加工,其數量萬分少。

D.依機身型式分類

依機身的型式分類有(1)開背式(C型) (2)直柱型(H型)機身兩大類,目前普通沖壓業者所使用的沖床以C型占多數,尤以小型沖床(150 噸以下)為最多,巨型機則多為直柱型(H型)。使用C型沖床機身者稱為C型沖床,直柱型機身稱為直柱型沖床。

(1)C型沖床(Gap Type Power Press)

C型沖床因機身并非對稱,沖壓時的反力會造成機身前后開口部變形,導致模具并行度惡化,是其最大缺點,因此普通使用在公稱壓力的50%左右,然因操作性佳,模具接近性良好,換模方便等利于因素,依舊受到廣泛的酷愛,同時機器價格亦較為低廉,是目前沖壓機械的主流。但沖床能力約在300噸以下。

(2)直柱型沖床(Straight Side Mechanical Press)

直柱型沖床因其機身對稱,能耐作業時的偏心荷重是其優點,但作業時模具的接近性較差,普通巨型機在 300噸以上沖床多采用此型,有一體式機身及三段式機身兩種。

二、沖床的選型:

選擇沖床時,必須明確的了解其使用的目的。因此,除應充分了解加工法、作業方法、沖床之功能、技術動向等,同時也應正確的把握市場之形勢與動向等。但因加工法、沖床之功能等萬分復雜而不易了解,很多情形都在不是真實了解使用目的的景況下選擇沖床。特別是,如為合理化而選擇沖床時,不允許有任何錯誤,因此應特別慎重。沖床之錯誤的選擇將導致降低沖床工作效率,而且可能導致浪費設備投資等結果。

沖床能力有三大要素:

a.壓力能力:指滑塊在下死點上mm的位子,可以建立噸的壓力,此壓力亦稱為「公稱壓力」或簡稱「能力」 ,單位以噸表示。

b.扭矩能力:指壓力能力建立之位子,即下死點上 mm 亦稱為「能力發生點」,單位以mm表示。

c.工作能力:指一行程加工時可建立之最大有效能力,單位以 kg-m表示。

如何選用得當的沖床

1. 正確地決定加工方法與作業方式:

(1)正確地決定加工方法與工程

沖壓加工有各種方法,有時在沖壓加工并用切削加工。選擇沖床時,應先檢討所想的加工方法是否對于對象產品而言是適切的加工方法,而且是得當的加工工程數。如決定加工方法,應選定的沖床種類也就大致決定。

(2)生產量之程度

如一批量超過3000~5000 個,利用自動送料較利于。多工程而生產量較多時,需考慮采用連續式加工及移送式加工,而且也需檢討高速自動沖床,移送式沖床等之自動機械。 選用泛用沖床或自動沖床雖然是以生產量之多寡來決定為主,但基

本上應考慮必要時必要的量,經常維持得當之庫存量,而且不但對當今,也應考慮今后的生產量市場形勢,技術動向等。

(3)素材之形狀、品質及尺寸之關系

素材之形狀、品質等應與加工方法、稼動率、資料利用率之關連來做決定。素材之形狀又依是卷材或定尺材或半加工品之任何一種,及其大小,其作業方法也有很大的不同。

(4)如何供應素材,取生產品,處理廢料

以上的作業總稱為資料處理(MATERIAL HANDLING),在生產工廠于全能作業中,資料處理所占的比率很大。因此資料處理并非只是局部性的消化生產的立場,而是必須從工場整體之合理化考量。依資料處理之考量對在沖壓機械之要求之功能有很大的不同。

(5)如何利用沖模緩沖器(DIE CUSHION)

引伸加工時應考慮在單動沖床附帶沖模緩沖器。因沖模緩沖器能提供高性能,即使不使用復動沖床也可舉行相困難的引伸加工。提高沖模緩沖器性能之附屬裝置需有固鎖裝置(Locking device)。

2.選擇適合加工的沖床能力

(1)算出加工壓力及加工的壓力行程曲線

應將加工時需要的最高壓力,加工行程中之壓力變化用計算求出。多工程加工應求出各工程壓力行程曲線,重疊并求出合成之壓力行程曲線。決定加工之最高壓力及壓力行程曲線,即可決定應選擇的壓力能力。

至于工作能力的決定應先決定加工之頻度(1 分鐘加工幾次)。裝配自動送料裝置的沖床馬力優秀是加大一級馬力的馬達。沖床的能力優秀不要選擇剛才好飽和使用能力,而應選常用能力是公稱能力的 7580%的沖床。

(2)偏心荷重,集中荷重的程度

在1臺沖床裝配兩個以上的沖模使用的情形或使用連續沖模時是當然有偏心荷重,但其它的沖壓加工也多數有偏心荷重。因沖壓能力之設計通常是以心臟荷重為基準舉行,因此有偏心荷重時必要注意壓力能力會下降。因此,對偏心荷重之作業應選擇有充份裕量之沖床能力。冷間鍛造加工多數為極端的集中荷重。對集中荷重之作業應盡量選擇小沖??臻g的沖床。

(3)計算沖模緩沖器之有效能力之縮減

裝置沖模緩沖器時,沖床之引伸能力等于扣除緩沖器之能力。通常,緩沖器之能力是沖床之公稱能力的 1/6 為標準。這個數值一見好像很小,但在沖床之中點附近如與可用于引伸加工之有效引伸能力衡量,絕對不是低的數值,而是得當的數值。

雖然因加工上之需要而取沖床能力之 1/3的高緩沖能力,但標準沖床的情形,行程之中點附近的有效引伸能力會顯著縮減(極端時會失去推壓緩沖器的能力),所以應多加注意。

因此,對如此高的緩沖能力時,沖床之扭矩能力也應選擇較高的。假使將緩沖能力提的太高的話,將因扭矩能力之不相配而成為不經濟之構造,所以有這種必要時,不如考慮采用復動沖床。

3.明確加工產品之尺寸精度

加工產品之必要精度是由產品之用處及與下工程之關連等決定。在實際的沖壓加工中會隨著素材之板厚,胚料塊(擠壓加工時)之體積,材質(與變形阻抗有關系)及潤滑之程度等之差錯及隨生產之舉行,模具的摩耗等導致加工精度不良的原因很多。

如特別要求高加工精度時,應選擇高剛性的沖床或有大能力(對其加工有充份松動的壓力能力者)之沖床。但 C 型沖床即使使用大能力的沖床也沒有多大的效果,應注意要選擇剛性高的沖床。

4.充份了解沖床之功能

(1)充分追查沖床型錄格式

型錄格式表示沖床之主要能力與大小,為選擇沖床之基本。沖床能力之表示通常只表示壓力能力,應合并扭矩能力及工作能力加以檢討。 打胚專用之沖床應縮小行程并提高該部份 SPM。如沖模高度,作業面之寬度,作業面之模具裝配 T溝,緩沖器銷孔等必須與使用之模具關連作決定。

應注意因廠房之限制對沖床的格式作過份的要求反而對沖床的功能帶來負面的影響。因此,如格式上沒問題,就應選擇標準格式的沖床,而且已經穩定的功能并有實績的沖床。

(2)沖床附屬裝置之選擇

得當使用附屬裝置可提高生產力,所以對各種附屬裝置也應舉行充份的檢討。

為增加生產,優秀的方法是裝置自動送料裝置舉行連續加工。如資料之供給及產品之取出等工作因太復雜而連續加工有困難時,可使用計時器(TIMER)限時連續作業,提高生產效率。

使用輸送機或卸料機(UNLOADER)裝置對提高生產性也有效益。如頻繁地改換模具時,模具的快速交換(Q.D.C)裝置及沖模夾具等也有效益??煽紤]緩速運轉裝置,資料之改換,產品之堆疊裝置等。附滾筒供料的沖壓應裝置無段變速裝置。且應考慮到今后之需要裝置緩沖器及送料機(FEEDER)或回轉凸輪(ROTARYCAM)的預備。但假使裝備太多復雜的附屬裝置將提高故障率,而且增加頤養上之麻煩,因此必須得當的選擇沖床附屬裝置。

(3)應檢討有關功能的彈性

為維持良好的稼動率,沖床之功能必須適合機種改換激烈的市場傾向。 即應該檢討既可適應大量生產又可適應少量生產之功能以及又可追隨今后機種改換的功能。例如自動送料裝置之驅動動力為了容易執行同步,通常是取沖床的曲柄軸,如此將成為附自動送料裝置之沖床,而增強對某種作業之專用性。

如使用單獨驅動送料機,因有獨立的動力,因此可以自在地移動,可自由與任何沖床組合,而且可以因應作業的變化。

(4)應選容易頤養,信賴度高的沖床

沖壓加工產品因生產量多且通常需要數工程之作業,因此如因沖床故障而停機,對整體的生產影響很大。所以,應選擇各部容易頤養、檢驗、信賴度高(特別是離合器、剎車器及電氣操作關系之穩定性,持久性好)的沖床。

(5)安全

沖壓作業是災害危險性高的作業,因此應充份考慮安全對策,選擇沖床時也應選擇有安全裝備功能的沖床。有錯誤操作建立時也不會發生事故,可安全運轉操作。因此沖床之運轉操作要有各種之聯鎖裝置(inter lock)、剪板式及油壓式之過負荷安全裝置、兩手操作、光線式、機械式等作業用之安全裝置。

(6)噪音、震動

沖壓工廠之噪音、震動因公害問題受到法規限制。作業環境是此后的重要課題。因此此后對沖壓之設備應合并噪音震動對策檢討的必要。

(7)有關自動化

近年來生產形態的變化,生產批量有縮減的傾向,因此模具及資料的交換頻度增加,要使其省力化與時間的縮小亦必須用自動化來操作,也就是說模具及資料的選擇、配置、沖床的調整、生產運轉、生產量管理等作系統化的自動化沖壓加工生產線的時代已經來臨了。 依如今的科技形勢來看,無人作業的沖壓生產線由遠隔號令來生產所要的制品,并維持所要的精度,并非是離奇的夢想。

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