６．新型沖壓機械
最近關于沖壓機械的話題，圍繞著是否能夠達到無切削成形，沖壓機械本身的高精度，高剛性和高機能的伺服沖床的普及等而展開。由此而引發(fā)了各個產(chǎn)業(yè)領域對塑性加工其成形方法，產(chǎn)品精度，生產(chǎn)性等各方面的革新。EFM作為有利于地球環(huán)境的制造方法而受眾人關注，大型專業(yè)廠家在對制造方法的評價上不僅關注成本縮減，對于如何減少CO2的排出量也成為重要課題。
本章從高水平日本的”制造工業(yè)”的大背景中、如何實現(xiàn)多工位沖壓加工高精度，高附加價值產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性的視角，向大家介紹UL(Ultimate)沖床的對象制品事例。 |
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６－１ 開發(fā)UL系列的理念
UL沖床是以提高產(chǎn)品精度、延長模具壽命、加強通用性能為目的，以「精度高于模具的壓力機」為理念得以開發(fā)的。
６－２ UL沖床的特征
在此介紹的UL沖床，完全開發(fā)了其成形時的高精度，高剛性特性。與普通沖床相比，其明顯差別就在于產(chǎn)品精度和模具壽命的體現(xiàn)。
UL沖床的３要素
1. 零間隙 (球形4面導向)
高精度、允許高偏心荷重
2. 無連桿單點式構造
小型化、移動方便
高剛性、少熱變位
3. 高剛性一體化機座
多工位成形 |
圖24－ UL沖床的基本構造 | |
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如圖24所示，UL的驅動、通過stock yoke機構的無連桿單點式緊湊型構造、滑塊撓曲小、適用于有如鍛造加工的集中荷重。而且由于沖床的高度變低，成形時機架延伸變形少，而且高剛性設計相對應，延伸變形值只有普通沖床的1/2以下、成形時對產(chǎn)品底厚精度產(chǎn)生影響的滑塊下死點變動小。
滑塊的4面導向方式采用的是、與背面為球形撓性導軌面接觸的零間隙導向、相對工作臺上面的滑塊上下運動時的直角度能夠達到JIS特級數(shù)微米。
對于UL來說、偏心荷重作用于成形時的受圧部是滑塊驅動部的①、下滑塊導向的前后②,③和上滑塊導向的前后④,⑤ 共5點、通過這些受圧部來保持滑塊的精度。因為多工程成形是由沖切，拉伸，彎曲等作業(yè)開始高度不同組合起來的復合成形、所以偏心荷重在1行程內左右方向轉換、實際上UL可以被稱為9點支撐壓力成形機。
中型沖壓機承受成形荷重的機架采用的是一體環(huán)形構造、 不僅提高了與延伸相關的縱剛性，而且提高了與高偏心荷重的相關的橫剛性。
UL最大的特點是包括偏心荷重的影響在內其實際成形時的動態(tài)精度高。圖25所示的測試條件，行程長80mm、滑塊的左右尺寸是1200 mm、能力2500kN的沖床中心開始在左450mm的位置作用600kN的偏心荷重時、圖26顯示，此時的滑塊橫向偏移量是20μm。
普通沖床必須考慮沖床的導軌的發(fā)熱情況，一般導軌間隙30μm以上、滑塊的橫向移位最小也要60μm。而且普通沖床承受所允許的偏心荷重時其滑塊和工作臺平行度多為JIS 3級。
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圖25－UL沖床的偏心荷重測試 |
圖26－偏心荷重作用時的橫向移位量0kN UL沖床 | |
| UL沖床能夠進行順送和多工位加工，圖27所示 為帶送料線的2500kN的UL沖床生產(chǎn)線、圖28所示 配有多工位裝置的UL沖床。 |
圖27－能力2500kN順送成形用UL沖床 |
圖28－多工位成形用UL沖床 | |
６－３ UL沖床對象加工產(chǎn)品
UL沖床不僅可用于板金成形的順送和多工位加工、因其高剛性及耐集中荷重強的特性，如果附屬機座反頂裝置的話也可用于鍛造加工，是具有極高通用性的沖床。在此向大家介紹，現(xiàn)在最為受客戶關注的高精密切斷、在具有偏心荷重的板金成形方面活用鍛造技術的FCF工法1)、及可以利用冷間鍛造的三個領域的對象產(chǎn)品。
1) 精密切斷
現(xiàn)在、UL在精密切斷領域使用最多。精密切斷主要分為圖29的精沖(FB)和圖31的簡易精沖２種。總之必須有凸模和凹模的間隙必須是0.02mm以下精密模具、沖床的動態(tài)精度直接對切斷面和模具壽命產(chǎn)生影響。最近多工程中伴隨偏心荷重的複合成形的需求增加，UL的性能，精度更加適合于這類成形。
一般為補充沖床精度不足，總是努力改進模架的導柱和模具，甚至設計零間隙的輥式導向和副導向。對UL來說，多數(shù)不需要進行這些對策。而且如果使用動態(tài)精度高的UL，模具可以使用超硬合金、避免模具壽命因加工咬合而產(chǎn)生的消耗、從而產(chǎn)生飛躍性的提高。
圖30在切斷加工同時追加彎曲、凸臺和壓延加工、使用FB模具順送成形的事例。在這些事例最適合使用這種無需避開偏心荷重、橫向剛性高達零間隙的UL沖床。 |
圖29－精密沖裁(FB)的原理 |
圖30－順送成形的FB成形事例 | |
圖31所示に示す精加工作為簡易精密切斷法，外形部分必須使用切斷面的時候、設定沖孔和沖模的間隙0.02mm，沖模取圓形。對于復雜形狀和延伸性小的材料存在難度，適用于板材厚，形狀比較簡單的產(chǎn)品。模具的間隙越小、切斷面越穩(wěn)定、因為咬合等原因降低模具的壽命。這個領域的模具可以由使用普通沖床直接改用UL、UL的高動態(tài)精度拓展了其生產(chǎn)的對象產(chǎn)品、和FB一樣可以提高產(chǎn)品精度和模具的壽命。
圖32是包含拉伸工序的順送成形、活用增加凸部精加工的同時進行全切斷面加工歯形部品。 |
圖31－精加工的原理 |
圖32－順送成形中的精加工 | |
2) 板金和鍛造的復合成形 (FCF工法)
FCF工法1)作為板金和鍛造的復合成形、如圖33所示邊緣、段差･差厚、局部形狀等的有效成形、從而部品的輕量化和無切削的高付加價值沖壓成形受到關注、因此UL成為此領域的標板。 |
圖33－FCF工法的成形事例 |
圖34－順送成形中的精加工 | |
圖34是順送成形中、邊緣板厚鐓壓為1/2，凸起角部成直角、省略切削工程達到無切削化加工。
圖35是為了顯示UL的精度・剛性的有利性的示范樣品。有意在6000kN的UL沖床偏左側安裝模具、加工時取下導柱。加工工程是鐓壓、凸臺、精加工的順送成形、成形荷重中心是由沖床中心向左452mm、1900kN處。(圖36)
鐓壓厚度的左右差如圖37所示在UL-6000上為0.005mm、3500kN，拉伸沖壓上為0.035mm、有滑塊的全心傾斜影響。以往產(chǎn)品的差值在無影響范圍內被忽視，今后將不可避免面臨高精度化。凸臺部的角左右差別如果通過肉眼來確認的話，使用UL沖床的樣品無法看出差別，而使用拉伸沖壓的產(chǎn)品可以看出左右量的差別。而且、UL是取下導柱在偏心荷重狀態(tài)下進行的加工確保100%的切斷面。 |
圖35－邊緣材質: SPCC 板厚: 2.6mm |
圖36－模具安裝條件 |
圖37－鐓壓厚度比較條件 | |
3) 冷間鍛造
如圖38所示，冷間鍛造是以汽車的機能部品為中心能夠進行高精度，高附加價值的成形。這些產(chǎn)品的精度大致由三種方式?jīng)Q定，圖39所示的①通過模具決定尺寸、②由沖床下死點決定尺寸、③由調模決定的尺寸。 |
圖38－冷間鍛造的成形事例 |
圖39－產(chǎn)品精度的主要要素 | |
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圖39所示： 複合押出し：復合擠出；據(jù)込み：鐓壓；前方押出し：前方擠出；后方押出し：后方擠出；
利用UL沖床的高精度・高剛性，高動態(tài)精度的特征、能夠提高冷間鍛造以下項目及提高模具壽命。
① 提高內外徑的偏差精度和襯套的彎曲精度
② 提高產(chǎn)品的厚度精度
③ 5～7工程的高精度多工位成形
UL沖床的具體對象產(chǎn)品包括第2章的圖1～圖4中介紹的等速球節(jié)部品、傘齒輪等齒形部品、帶內旋角的花鍵軸等。
７． 結束語
本文主要介紹了冷間鍛造的對象產(chǎn)品和沖壓機械的特征。塑性加工是以無切削加工為中心不斷改進，通過高精度，高剛性和伺服技術等擴大沖壓機械的機能。為了降低成本，重點是通過成形系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)來提高成本性能。。
UL沖床與伺服沖床是完全不同的非常簡單的機械。執(zhí)著的追求極盡的精度和剛性推動了沖壓成形的革新。沖壓機械行業(yè)中不變的主題就是通過提高動態(tài)精度來變換模具構造和材質、提高沖床的成形速度、產(chǎn)品精度、模具壽命，來實現(xiàn)高精度、高附加值成形的穩(wěn)定生產(chǎn)。能夠體會到在21世紀激烈的競爭環(huán)境里“真才實干”的強大。
作為日本得以自豪的”熔合技術”結晶的UL沖床，希望其差別化為沖壓技術的提高做出貢獻。
參考文獻
1) 中野隆志：塑性と加工，42－484 (2001)，22－26
2) 中川威雄：薄板のプレス加工(実教出版株式會社)，30-33 |
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