文/鹿新建，柯尊芒，王寒陽，郭世彥·江蘇省徐州鍛壓機床廠集團有限公司

國內(nèi)高速精密壓力機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

文/鹿新建，柯尊芒，王寒陽，郭世彥·江蘇省徐州鍛壓機床廠集團有限公司

隨著國內(nèi)家電、計算機、汽車等行業(yè)的快速發(fā)展，對功能性沖壓零件（微電機定轉(zhuǎn)子、小型變壓器E/I片、引線框架、接插件等）的需求日益增加，促使壓力機的沖壓效率不斷提高，高速精密壓力機的應用逐步得到推廣。與國外近百年的高速精密壓力機發(fā)展歷程相比，國內(nèi)起步較晚，始于20世紀80年代，進入2000年后，得益于家電行業(yè)的迅猛發(fā)展、模具制造水平的提高，高速精密壓力機的市場需求量迅速增加。

徐鍛集團于2002年推出了VH系列開式高速精密壓力機并批量投放市場，該系列產(chǎn)品的曲軸支撐及連桿部位采用精密滾動軸承、空氣彈簧靜平衡裝置以及超長V形導軌，主要服務于小型變壓器E/I片及部分微電機定轉(zhuǎn)子行業(yè)。并且，在2003年開始徐鍛集團對原有JF75G閉式雙點高速精密壓力機進行技術(shù)改造，主軸部分改為全滾動結(jié)構(gòu)、四角八面導軌改為無間隙滾動結(jié)構(gòu)以及采用空氣彈簧靜平衡裝置等，于2006年完成了國內(nèi)首臺3000kN閉式雙點高速壓力機的研發(fā)，形成了公稱力800～3000kN、沖壓次數(shù)150～450次/min的閉式雙點高速壓力機（JF75G系列，圖1）的制造能力，主要服務于微電機鐵芯行業(yè)，很大程度上滿足了市場需求。到了2004年，徐鍛集團成功研制出SH-25型250kN超高速精密壓力機，采用精密三圓導柱結(jié)構(gòu)，其中輔助導柱采用靜壓結(jié)構(gòu)，主軸部分采用滾動＋滑動復合結(jié)構(gòu)，配備動態(tài)平衡裝置及潤滑油溫控制系統(tǒng)，行程20mm時最高轉(zhuǎn)速為1200次/min。隨后進行了系列化，形成了公稱力160～500kN的超高速壓力機制造能力，用于滿足微電子類零件的精密沖壓。

隨后，揚鍛集團開發(fā)了800～3000kN的J76閉式雙點高速精密壓力機，并在國內(nèi)率先進行了單排三點閉式高速壓力機（YSH300）、550t閉式雙點高速壓力機的研發(fā)。揚力集團、山東金箭精密機器有限公司（以下簡稱“山東金箭”）、浙江中鼎精工科技有限公司、寧波精達成形裝備股份有限公司（以下簡稱“寧波精達”）以及徐州健友精密沖床有限公司等陸續(xù)推出了各自的開式及閉式高速精密壓力機。在驅(qū)動形式上，寧波精達在國內(nèi)率先采用正弦機構(gòu)（也稱無連桿機構(gòu)），開發(fā)出了應用于空調(diào)翅片沖領域的閉式雙點高速精密壓力機(GC系列），并在此基礎上開發(fā)出適用于微電機定轉(zhuǎn)子領域的GD系列閉式雙點高速壓力機。

圖1 200t JF75G系列閉式高速精密壓力機沖壓線

寧波米斯克精密機械工程技術(shù)有限公司（以下簡稱“米斯克”）則通過消化國外成熟技術(shù)的方式，在國內(nèi)率先開展了多連桿式高速精密壓力機的研制，用于引線框架等精密零件的高速精密沖壓，其Super-30型300kN高速壓力機，在滑塊行程25mm時，最高行程次數(shù)為1050次/min。

為促進我國高速壓力機的發(fā)展， 高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項實施管理辦公室自2009～2012年先后4次出臺了關(guān)于高速精密壓力機的科技重大專項，促進了高速壓力機從追求高速度向高精度的轉(zhuǎn)變。由于高速精密壓力機早期利潤率高、便于批量生產(chǎn)以及不斷普及，刺激了國內(nèi)民營企業(yè)轉(zhuǎn)向高速精密壓力機的研發(fā)，很好地滿足并促進了國內(nèi)高速精密壓力機的發(fā)展，能夠在一定程度上實現(xiàn)對進口產(chǎn)品的替代，但整機精度及可靠性有待于進一步提高。

2008年國家標準化管理委員會批準成立了“全國鍛壓機械標準化技術(shù)委員會數(shù)控高速壓力機工作組(SCA/TC220/WG1）”，設在徐鍛集團，開展高速精密壓力機相關(guān)國家標準的制定。在由徐鍛集團、濟南鑄造鍛壓機械研究所和揚鍛集團共同修訂發(fā)布的GB/T29548-2013《閉式高速精密壓力機·精度》中首次將高速壓力機分為高速精密壓力機和高速超精密壓力機，并給出了不同的精度數(shù)值；首次將下死點動態(tài)精度指標寫入標準，具體數(shù)值見表1，給出了3種測量工況的定義（加溫恒速、恒溫恒速和加溫加速）及測試方法（均要求在最低速達到穩(wěn)態(tài)后進行測量）。

由于用于微電子行業(yè)的高速超精密壓力機技術(shù)含量高，主要依賴進口。2010年前后，國內(nèi)高速精密壓力機制造商在發(fā)展大型閉式高速精密壓力機的同時，不約而同地將發(fā)展方向轉(zhuǎn)向多連桿式高速精密壓力機，主要有徐鍛集團聯(lián)合南京農(nóng)業(yè)大學開發(fā)的JL75G-60型數(shù)控高速超精密壓力機（圖2），其傳動機構(gòu)借鑒了日本YAMADA DOBBY的NXT機型并進行了創(chuàng)新，該傳動機構(gòu)具備行程及下死點可調(diào)的功能。寧波精達聯(lián)合浙江工業(yè)大學進行了超高速壓力機CBG25的研制，傳動系統(tǒng)借鑒了瑞士BRUDERER的杠桿式傳動機構(gòu)；揚鍛集團聯(lián)合南京理工大學進行了新型多桿高速精密壓力機的理論研究。此外，由于日本電產(chǎn)京利（Nidec-kyori）的多連桿式高速超精密壓力機在國內(nèi)市場占有率高，且結(jié)構(gòu)較為簡單，因此，類似機型在國內(nèi)不斷涌現(xiàn)，但均未形成規(guī)模。

縱觀近幾年國內(nèi)高速精密壓力機的發(fā)展歷程，不難看出，在技術(shù)上呈現(xiàn)以下趨勢：

⑴采用多連桿機構(gòu)。多連桿機構(gòu)一般采取曲軸縱放形式，雙點的距離由連桿長度決定，與曲軸式高速精密壓力機相比，減少了大規(guī)格曲軸的制造以及上橫梁主軸孔的加工。在一定程度上降低了制造難度，但是構(gòu)成桿系的各桿則需要進一步提高制造精度，采用新材料和新工藝。

除瑞士BRUDERER的高速超精密壓力機，國內(nèi)市場上采用多連桿機構(gòu)的高速超精密壓力機，其沖壓力大多不超過1250kN，隨著國內(nèi)曲軸式高速精密壓力機的競爭日益加劇，采取簡易多連桿式將成為下一個發(fā)展趨勢。

⑵采用三點/四點結(jié)構(gòu)。隨著高速精密壓力機沖壓噸位的不斷加大、模具工位數(shù)的不斷增加，采用三點或四點式將成為高速精密壓力機的又一發(fā)展趨勢。三點和四點結(jié)構(gòu)多見于曲軸式高速精密壓力機，四點多連桿式僅見于國外部分專利。三點式的代表主要有日本的ISIS和YAMADA DOBBY，前者主要生產(chǎn)小型三點式（1000kN以下），服務于微電子行業(yè)。四點式高速精密壓力機的代表主要有日本AIDA、美國的OAK公司（圖3）。除揚鍛集團的三點式高速精密壓力機外，西安交通大學進行了四點式高速精密壓力機的研制，滿足了部分用戶的需求。

表1 下死點動態(tài)精度數(shù)值

⑶采用高速重載滑動軸承。國內(nèi)高速精密壓力機為了適應高轉(zhuǎn)速，同時降低制造要求，普遍在連桿及曲軸支撐部位采用滾動軸承。由于滾動軸承（多采用調(diào)心滾子軸承和圓柱滾子軸承）在承受沖擊載荷時為線接觸，剛性差，尤其是在重載時表現(xiàn)出下死點精度的不穩(wěn)定性，因此，多用于中小噸位高速壓力機。隨著沖壓零件精度的提高、高速壓力機整體制造精度的提高、油溫控制系統(tǒng)和大流量潤滑系統(tǒng)的采用，滑動軸承應用過程中的發(fā)熱問題得到有效解決，逐漸重新應用到高速及超高速壓力機中。與滾動軸承相比，在承受沖擊載荷時為面接觸，剛度大，有益于下死點精度的穩(wěn)定。此外，通過設置合適的潤滑系統(tǒng)參數(shù)可實現(xiàn)滑動部位的液體動力潤滑，保證達到滑動副的無磨損，從而提高了整機的可靠性。此外，高速精密壓力機的大型化及采用多連桿驅(qū)動機構(gòu)也在一定程度上限制了滾動軸承的應用。

⑷應用伺服驅(qū)動技術(shù)。隨著伺服電機和驅(qū)動器價格的不斷下降，高速精密壓力機采用伺服驅(qū)動技術(shù)將成為下一個發(fā)展趨勢，采用伺服驅(qū)動技術(shù)可以簡化傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)滑塊的行程無級可調(diào)，從而增加其柔性。伺服驅(qū)動技術(shù)目前還沒有在高速壓力機領域取得應用，僅有部分廠家開始嘗試，如日本YAMADA DOBBY公司開發(fā)的Fit-3型高速伺服壓力機，采用伺服電機驅(qū)動，無離合器和制動器，簡化了傳動系統(tǒng)；徐鍛集團開展了伺服電機高速驅(qū)動卵形齒輪＋曲柄滑塊機構(gòu)的理論研究（圖4）。

圖2 JL75G-60型數(shù)控高速超精密壓力機

圖3 美國OAK公司的四點式高速精密壓力機

圖4 伺服電機高速驅(qū)動卵形齒輪＋曲柄滑塊機構(gòu)