CN109332467A - 一种变曲线式高效拉伸冲床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变曲线式高效拉伸冲床,具有连接的驱动轴和被驱动轴，所述驱动轴驱动所述驱动轴转动；所述驱动轴和所述被驱动轴连接处的轴心线记为L；所述驱动轴的轴心线记为L1,所述被驱动轴的轴心线记为L2,且L,L1和L2平行；L1距离L的距离记为r，L2距离L的距离记为R,R>r；所述驱动轴的输入扭矩记为t,所述被驱动轴的输入扭矩记为T>t,且满足T＝(R/r)t。本发明所述变曲线式高效拉伸冲床，通过调整驱动轴和被驱动轴的相对位置，导致了滑块运动曲线的变化，造成在滑块到达下死点前加力，降低速度，延长滑块冲压时间，从而可以满足机械式压力机的拉伸工艺要求，提供生产效率。

Description

一种变曲线式高效拉伸冲床

技术领域

本发明涉及冲压机技术领域，具体地，涉及一种变曲线式高效拉伸冲床。

背景技术

在金属加工成型行业里，拉伸冲压具有非常久远的历史，在冲压制造行业具有十分广阔的应用。而要制造一个理想的拉伸产品，影响的因素很多，例如冲压速度，材料，环境温度等都对产品的拉伸冲压成型产生严重的影响。

其中，材料是影响产品的拉伸冲压成型的主要因素之一。材料特性对产品拉伸的结果影响，可以从以下六个方面进行考量：1.材料的种类与实际量测的厚度尺寸；2.材料抗拉强度及降伏强度；3.材料加工硬化指数；4.材料塑性应变比；5.材料延伸率；6.材料表面情况，如氧化层与表面处理状态等。针对各种拉伸产品，生产者都需要在了解材料参数及物理特性差异基础上，选用材料、设计模具、选择合适的冲压成型机，设计润滑方式等，而后在遵守自然规律的前提下，制造稳定高效的拉伸产品。举例而言，不锈钢的材料拉伸时硬化的速度比一般铁料要快，所以需采用多次分段拉伸的方式，并且要控制拉伸力量的大小。另外，材料表层处理及氧化、硬化特性也影响着拉伸进行中摩擦力的大小。为此，相关从业人员必须在施加的力量大小与速度两个重要条件下，配合材料的特性，不断试模调整，摸索优化生产工艺，避免拉伸产品出现破损、皱褶、厚薄不均等等的异常现象。

金属成型速度是影响产品的拉伸冲压成型的另一主要因素。对生产者而言，期望提高制造速度和生产效率，但就拉伸成型工艺而言，模具挤压金属材料的速度受上述材料特性限制。材料在模具冲压压力作用下流动，冲压连续不断地进行，进入到模具内部的材料越多，受力面积也越大，模具内部分子之间的摩擦力也快速的加大。材料所有受力部位依序在复杂的弹性变形、塑性变形下，改变了结构，发生了永久变形的结果。金属分子的移动与摩擦，不只发生在与模具接触的材料表面部位，也发生在金属材料内部，因此冲床输入的能量不只创造了永久变形的产品，也在产品变形过程中产生大量的热能。

所以研究冲压速度对产品拉伸成型的影响，也相当于在研究金属材料发生应力变的速度。以常见的金属回弹效应为例，因模具施于金属材料冲压成型力量的速度比较快，当冲压成型力量消失之后，金属材料依然处于弹性变形的状态内，导致脱模之后，产品的成型尺寸不能停止在模具要求的位置，这就是成型速度加快之后常见的金属回弹瑕疵。

在金属加工行业里，在一定条件下，例如使用较薄的材料、较短的工作行程，可实现高速或超高速的冲压工艺，速度甚至可达1500S.P.M.以上。然而拉伸成型速度无法如普通切断、下料和折弯…等等工艺一样，透过理想的模具与冲床配合来加快生产制造的速度。因此，要实现高速拉伸成型工艺，不能以牺牲质量为代价，必须以生产合格成品为最重要前提。

如上所述，材料拉伸成型速度受限于材料特性。因此，要提高材料拉伸成型的效率，只能缩短非冲压阶段的时间。这一点，正是当前冲压机床行业努力的方向。当前，一般都是以改变滑块运动路径的方式来达成在非冲压时段，节省更多时间，在冲压时段内提供适合的速度与力量，如此，就可以在一个工作循环当中把工作时间缩短，来降低一个循环所需要的时间。目前，在众多方案之中，伺服冲床可用程序控制，能够提供拉伸工艺多样化的生产需求，如图1所示，伺服冲床可针对工作区域中的多样化曲线进行控制，透过控制伺服马达的运作，完成不同模具不同工作模式的搭配，这完全是一般机械式冲床所无法达成的效果。然而，在实际生产中，伺服冲床并没有被广泛的采用。原因在于，伺服冲床压力机造价高昂、机床质量能力参差，维修成本高、控制系统复杂…等等。为此，亟待研究新的拉伸冲床，提升拉伸工作的效率及质量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种变曲线式高效拉伸冲床，在曲轴式冲床的基础上，利用机械结构传动方式的改变，达到在滑块运行到力量发生点之前，加大力量、降低速度的效果，类似于有调整工作曲线能力的伺服冲床；此设计与一般中高速冲床的差异就在驱动部位的改变，提高了生产效率，保证拉伸产品质量高，解决了现有技术存在的缺陷，值得推广应用。

本发明的技术方案如下：一种变曲线式高效拉伸冲床,具有连接的驱动轴和被驱动轴，所述驱动轴驱动所述驱动轴转动；所述驱动轴和所述被驱动轴连接处的轴心线记为L；所述驱动轴的轴心线记为L1,所述被驱动轴的轴心线记为L2,且L,L1和L2平行；L1距离L的距离记为r，L2距离L的距离记为R,R>r；所述驱动轴的输入扭矩记为t,所述被驱动轴的输入扭矩记为T>t,且满足T＝(R/r)t。

所述驱动轴轴心位于被驱动轴轴心的正下方，右下方或左下方。

本发明的有益效果为：本发明所述变曲线式高效拉伸冲床，通过调整驱动轴和被驱动轴的相对位置，导致了滑块运动曲线的变化，造成在滑块到达下死点前加力，降低速度，延长滑块冲压时间，从而可以满足机械式压力机的拉伸工艺要求，提供生产效率。

附图说明：

图1为本发明所述变曲线式高效拉伸冲床的驱动轴和被驱动轴结构示意图。

图2为本发明所述变曲线式高效拉伸冲床的驱动轴带动被驱动轴运动的位移曲线，与冲床每个冲程的运行时间和滑块位置之间的对应关系。其中，附图标记3指示的为被驱动轴角度，附图标记4指示的为驱动轴角度。在冲床中，驱动轴和被驱动轴的曲线运动转化为滑块的直线运动，驱动轴和和被驱动轴转动的角度对应冲床每个冲层的运行时间和滑块位置。其中，横坐标代表冲床每个冲程的运行时间，纵坐标代表滑块的位置。

图3为本发明所述变曲线式高效拉伸冲床中的驱动轴和被驱动轴轴心位置调整后的被驱动轴位移曲线拓扑图形。图3A为驱动轴位于被驱动轴正下方偏心位置，被驱动轴位移曲线拓扑图形；图3B为驱动轴位于被驱动轴右下方偏心位置，被驱动轴位移曲线拓扑图形；图3C为驱动轴位于被驱动轴左下方偏心位置，被驱动轴位移曲线拓扑图形。

图4为本发明所述变曲线式高效拉伸冲床和普通曲轴式冲床的滑块运动曲线轨迹。其中，横坐标表示冲床运行时间，纵坐标表示滑块的运行位置。曲线5表示普通曲轴式冲床滑块运行轨迹。曲线6表示图3C所示变曲线式冲床滑块运行轨迹。曲线7表示图3A所示变曲线式冲床滑块运行轨迹。曲线8表示图3B所示变曲线式冲床滑块运行轨迹。

图5为本发明所述变曲线式高效拉伸冲床和普通曲轴式冲床的滑块运动轨迹图和滑块加速度图。横坐标表示冲床运行时间，纵坐标表示滑块的运行位置。曲线5表示普通曲轴式冲床滑块运行轨迹。曲线7表示图3A所示变曲线式冲床滑块运行轨迹。曲线9表示曲线5所示普通曲轴式冲床滑块加速度。曲线10表示曲线7所示变曲线式冲床冲床滑块加速度。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的，技术方案及技术效果更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。应理解，此处所描述的具体实施例，仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，一种变曲线式高效拉伸冲床,具有连接的驱动轴1和被驱动轴2，所述驱动轴1驱动所述被驱动轴2转动；所述驱动轴1和所述被驱动轴2连接处的轴心线记为L；所述驱动轴1的轴心线记为L1,所述被驱动轴2的轴心线记为L2,且L,L1和L2平行；L1距离L的距离记为r，L2距离L的距离记为R,R>r；所述驱动轴1的输入扭矩记为t,所述被驱动轴2的输入扭矩记为T,且T>t,并满足T＝(R/r)t。所述驱动轴1驱动所述被驱动轴2转动，在同样的输入扭距t条件下，形成力量加大的效果，这主要是因为R>r，从而使得所述驱动曲轴用于冲床时，满足在下死点有更大的扭距的目标。该设计实现利用机械结构传动方式的改变，达到了冲床的滑块滑动运行到力量发生点之前，加大力量，降低速度的效果。

如图2所示为所述驱动轴带动所述被驱动轴运动的位移曲线图。如图2中所示，所述驱动轴与所述被驱动轴错位运动之后，所述被驱动轴的运动路径开始发生变化。如图2中所示，运动曲线3是所述被驱动轴正常的原来的旋转运动的位移曲线，对应的滑块的运动轨迹呈现规律的正旋函数。如图2所示，所述驱动轴旋转运动的位移曲线用运动曲线4表示。所述被驱动轴位于所述驱动轴正上方，坐标轴内每个竖向线条都代表对应单位曲轴运行角度位置冲床的运行时间点。一旦所述被驱动轴受驱动轴控制，所述被驱动轴的旋转运动的位移曲线发生改变，随时间变化的滑块运动路径图可以看出，在滑块在上死点位置，处于快速急回的区间，停顿比较短时间；滑块在接近下死点的位置，区间呈现减速效果，停顿相对长的时间，从而延长了滑块在下死点停留的时间。

以上是驱动轴与被驱动轴上下错位时，驱动轴带动被驱动轴旋转运动的位移变化对滑块运动的影响结果。以此类推，本申请人研究了如图3A,3B和3C三种不同的驱动轴与被驱动轴错位方式，驱动轴带动被驱动轴旋转运动的位移曲线变化。其中，图3A为驱动轴位于被驱动轴正下方偏心位置，图3B为驱动轴位于被驱动轴右下方偏心位置，图3C为驱动轴位于被驱动轴左下方偏心位置。研究结果表明：被驱动轴运动的位移曲线的变化分别依循图3A,3B和3C所示拓扑图形，其中，图3A,3B和3C中间箭头指示了驱动轴相对所示被驱动轴所偏移的方位，针对不同的驱动轴的偏移方位，被驱动轴将会有不同的速度变化方式，任何偏移都可以分成两个月芽区域，其中深色区域为加速区域，浅色区域为减速区域。

进一步地，为比较驱动轴与被驱动轴位于不同位置时，滑块运动轨迹的差异，本申请人分别将变曲线式冲床的驱动轴心调整到被驱动轴心的正下方，右下方和左下方，并将这三种变曲线式冲床的滑块运动轨迹与一般曲轴式冲床的滑块运动轨迹进行比较，其结果如图4所示。由图4可知，与一般曲轴式冲床相比，变曲线式冲床的滑块在下死点停顿更久，在上死点停顿时间更短，急回状态更加急促。

研究者通常认为：较适合拉伸工艺的模具运动曲线就是能够在模具进入加工区的过程中，保持较稳定和缓的运动轨迹，并且具备足够的力量。因此，本申请人模拟调整驱动轴的偏心位置，使得滑块运动达到类似的效果。滑块先是比较快地运动到达接近上死点的高度，接下来很快降低速度，在到达下死点之前速度已经降低，实现了让模具快速就位，并稳定的运行。

由以上研究结果可知“变曲线式冲床”的机械结构采用基本的设计原理是：力量发生点前加力并且改变滑块运动曲线，从而可以满足机械式压力机的拉伸工艺要求。

进一步地，参照图4可知，驱动轴与被驱动轴的相对位置的变化，导致了滑块运动曲线的变化。也即通过偏移驱动轴轴心能够调整滑块运动的幅度与方向。相对普通曲轴式冲床，变曲线式冲床的滑块的运动曲线在下死点的位置不管是左偏移停留曲线，还是右偏移停留曲线，粗略估计停留时间都可以增加，例如80％左右。换言之，假设普通曲轴式冲床针对每个冲次加工所需的冲压时间是t1，即模具接触材料到滑块达下死点位置所耗费时间为t1，并且t1确认是可以生产出良品的最快速度。滑块停留时间增加80％，意味着同样的冲速条件下，冲压时间t1延长为t1*(1+0.8)，因此，变曲轴式冲床的速度可以比普通曲轴式冲床调快80％并且具有同样的冲压成型质量，这就是节省了非工作时间所创造的冲压效率的提升。

变曲线式冲床的机构设计，使得冲压力会比普通曲轴式冲床提早施加，因此，滑块运动的加速度因此也比一般的普通曲轴式冲床更平缓。如图5所示，滑块加速度变化急遽的位置，普通曲轴式冲床滑块加速度图具有一个高峰，是普通曲轴式冲床滑块的下死点加速度状态。变曲线式冲床滑块加速度图具有两个高峰，表明变曲线式冲床滑块加速度高点位置出现了两个，也即表示变曲线式冲床力量较分散，对下死点精度及运动稳定性都提供了帮助。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种变曲线式高效拉伸冲床,其特征在于，具有连接的驱动轴和被驱动轴，所述驱动轴驱动所述驱动轴转动；所述驱动轴和所述被驱动轴连接处的轴心线记为L；所述驱动轴的轴心线记为L1,所述被驱动轴的轴心线记为L2,且L,L1和L2平行；L1距离L的距离记为r，L2距离L的距离记为R,R>r；所述驱动轴的输入扭矩记为t,所述被驱动轴的输入扭矩记为T>t,且满足T＝(R/r)t。

2.如权利要求1所述的变曲线式高效拉伸冲床，其特征在于，所述驱动轴轴心位于被驱动轴轴心的正下方，右下方或左下方。