随着汽车、新兴电子产品、机床制造及国防工业等领域的蒸蒸日上,冲压产品质量好、效率高、成本低的优点逐渐显现出来,市场的需求呈倍数增长。为了提高生产效率,减少生产成本,从而加强产品的竞争力,世界各国都将高速、高精度作为压力机的主要发展方向。1910年,美国亨利拉特公司首创的四柱下传动高速压力机,标志着高速压力机的诞生[3]。
直到20世纪60年代,压力机滑块的行程次数不超过450spm。到了20世纪70年代初,压力机滑块的行程次数在700spm左右。在1974年,美国的明思特公司研制出了550KN的闭式双点高速压力机,滑块行程次数达到了2000spm[4]。21世纪初期,日本电产京利的MACH一100型高速压力机在在100KN、8mm的冲程下,速度可达4000spm[5]。
压力机的公称压力逐步提高,为了提高加工工艺的质量,压力机工作精度的重要性开始凸显出来。在这样背景下,压力机的发展在20世纪80年得到了很大的发展,各厂家的新型压力机在速度和精度上有了很大的突破。日本三菱公司在这一时期制造的新型压力机,将下死点精度控制在5μm范围之内,当在300--1000spm之间快速运行时,床身的振幅小于50μm。德国舒勒公司研发的SA类别高速压力机,因为采用了反对称副滑块平衡惯性力结构,这让当SA80型800KN 高速压力机行程次数为800spm时,竖立在工作台面上的硬币不会偏斜[6]。
2、 国内研究现状
我国压力机的发展起步较晚,在改革开放以前甚至只能制造手工冲床,随着国家对制造业的大力扶持,压力机的研究也取得了较大的进展,在一定程度上缩小了与发达国家的差距。近年来,我国在高速压力机、伺服压力机、压力机结构动力学等方面做了大量的研究工作。
在高速压力机的研究上,我国处于技术追赶的阶段。1980年之后,我国自主产权的高速压力机才被研发出来,公称压力达600kN,最高转速是400rpm,是我国科研院所和压力机生产的企业刻苦攻关的结果。台湾的厂家在这一时期也生产出了四柱式开式上传动高速精密压力机,性能和精度都受到了市场的肯定。
在伺服压力机方面,济南第二机床厂研发了出了大型伺服压力机原型机,填补了我国大型压力机制造史上的空白,公称压力10000kN在国内具有领先水平[7]。中国一重研究开发大型伺服闭式四点压力机,主要用于汽车外覆盖件的冲压,该伺服压力机最大公称压力为25000kN,其研制开发将推动并提升我国大型伺服压力机的整体水平[8]。
在压力机结构动力学特性研究较多。上世纪70年代开始,各企业和科研院所开始通过有限元的分析方法对压力机的机身进行分析。重庆大学锻压专业委员会依据J23-80型压力机机身受力简图,通过平面问题的有限元程序计算出各单元节点的位移以及应力[9]。王留德通过自己编写通用程序SPS对闭式40吨数控回转头压力机机身实行计算,而且将计算的结果与实测结果完成了对比[10]。吴旦中探索了开式压力机卸荷应力问题之后又分析了闭式组合机身压力机冲裁失荷时的动力过程,提议在设计连杆、连杆盖等零件的时候,要想到失荷时的拉应力[11]。史宝军等以J21-160压力机机身为对象,通过有限元分析和结构优化设计,使得机身在精简质量的时候,还保证了良好的强度以及刚度[12]。随着锻压机械的发展,我国科研人员和设计人员对压力机的结构动力学的研究逐步深入,取得的成果越来越多。