沖壓機床機身選材問題的探討

劉文英

（通遼職業(yè)學院，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

沖壓機床機身選材問題的探討

劉文英

（通遼職業(yè)學院，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

選材是沖壓機床制造重要的一個環(huán)節(jié)，隨著工業(yè)的發(fā)展對于機床機身選材的重視程度越來越高。上世紀80年代末期開始出現(xiàn)了板焊機身的機床，傳統(tǒng)的機床機身大都采用鑄鐵材質(zhì)，我國的機床制造業(yè)則是普遍采用灰口鑄鐵機身。機身作為機床的基礎(chǔ)，確保其選材的合理性對于沖壓機床的穩(wěn)定運行來說至關(guān)重要。針對于此本文就沖壓機床的機身選材問題進行了探討。

沖壓機床；機身；選材

1 沖壓機床機身選材概述

1.1 生產(chǎn)廠家資格認證

通遼鍛壓機床廠生產(chǎn)的機床機身材料為HT200灰鑄鐵，該企業(yè)已經(jīng)通過了國際標準化組織的ISO09000和ISO9002的質(zhì)量認證。

1.2 材質(zhì)確認

本文選取了兩種國產(chǎn)沖壓機床的用料進行了對比，在對比過程中沒有直接采用日本產(chǎn)沖壓機床的王牌鋼，而采用國產(chǎn)的45號鋼作為代替，這主要是由于日本王牌鋼與45號優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)鋼在強度、韌性、塑性、熱處理后的性能以及可焊性上都極為相似，可以利用45號鋼代替日本王牌鋼進行對比。表1為HT200灰鑄鐵和45號鋼的性能對比。

1.3 機床工作環(huán)境分析

沖壓機床的工作環(huán)境一般空間較大的高廠房，在這種條件下工作機床工作會產(chǎn)生較大的震動，這種震動隨著機床噸位的增大會愈加明顯。當沖壓機床的噸位超過80t時，機床的震動波能量傳播得也比較強。相關(guān)測試表明，當沖壓機床的工作場所地面的混凝土結(jié)構(gòu)層超過20cm時，工作人員在沖壓機床附近可以明顯感覺到腳下的震動，一般沖件料厚度為0．3cm。對沖壓機床工作環(huán)境內(nèi)的噪聲進行分析發(fā)現(xiàn)，其工作產(chǎn)生的噪聲指標要遠遠超過100分貝，由此可見沖壓機床工作會對人體感官產(chǎn)生較強的刺激。

2 材質(zhì)性能分析

2.1 HT200灰鑄鐵機身性能

主要從優(yōu)點和缺點兩個方面對采用灰鑄鐵機身的沖壓機床性能進行分析。首先是HT200材料的優(yōu)點。相較于45號鋼灰鑄鐵的鑄造工藝更為靈活，生產(chǎn)廠家可以根據(jù)不同的沖壓機床需求將機身設計成各種形狀，為了降低應力的集中可以將其設計為鑄造圓角，還可以將變截面進行圓滑的過度，HT200作為沖壓機床的機身材質(zhì)其力學性能更為出色。此外該材質(zhì)為片狀分布的石墨組織，這種結(jié)構(gòu)具有吸收震動能量的特點，減震性能較好，這也是沖壓機床鑄鐵機身一直沿用至今的重要原因。采用灰鑄鐵機身的沖壓機床外觀較為笨重，整體重量和體積都比較大，但是這種機身自身的慣性也比較大，根據(jù)經(jīng)典力學中的牛頓慣性定律，慣性較大的物體穩(wěn)定性也較強，因而灰鑄鐵沖壓機床具有較好的穩(wěn)定性，在震動環(huán)境中的應用效果更好。出色的減震性能使得沖壓機床的運行穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量得到了有效的保證。灰鑄鐵機身還有利于模具壽命的延長，相關(guān)測試表明，同樣在160T單點壓力機上成型的3毫米厚度的沖壓制件，模具的壽命存在一定的差異。其落料沖孔模在上海的160t閉式單點壓力機上試驗,機身材料為HT200,在20萬次沖壓中,刃口修磨次數(shù)為6次。同樣是這套模具，20萬次后再用在COMASS160T沖床上，刃口在下20萬次連續(xù)沖壓中修磨9次。該機為鋼板機身。工作震動明顯大于鑄鐵機身，噪聲較鑄鐵機身高出35分貝，震動顯著增加。

表1 材料性能對比

HT200灰鑄鐵機身的缺點表現(xiàn)在三點。一是機身重量較大，采用灰鑄鐵材質(zhì)機身的沖壓機床重量較大，給起重運輸造成了巨大的不便，即使目前已經(jīng)實行了自動化機身造型和澆筑，但是仍然耗費較多的時間，生產(chǎn)周期較長。二是制造工藝復雜。HT200灰鑄鐵沖壓機床機身制造需要經(jīng)過鑄造工序造型、爐料配制、冶煉、澆筑和砂型中成型多個工序，工序十分復雜，為了確保沖壓機床的制造質(zhì)量需要進行專門的鑄造分廠的建設和配置。三是制造成本較高。由于灰鑄鐵沖壓機床機身復雜的工序和較大的質(zhì)量，使得其經(jīng)濟指標較差。該種材質(zhì)的機身對于模型、型砂以及鑄造鐵合金、混砂、清砂造型以及澆筑設備的要求都比較高，需要耗費大量的人力和時間。

2.2 板焊機身性能分析

沖壓機床板焊機身的優(yōu)點主要有三點。一是重量較小，與灰鑄鐵機身相比板焊機身的結(jié)構(gòu)更為緊湊，整體重量也比較輕，運輸、起重等的難度比較小，降低了勞動力和勞動時間的投入。二是制造工藝較為簡單，沖壓機床板焊機身的工序較少，加工制造的工序比較少，機床制造周期較短，由于需要的勞動力較少，因而制造成本也可以得到有效的控制。三是性能較好，板焊機身的沖壓機床組合性能較好，機械手等輔助裝置配置的難度較低。

當然板焊機身也存在一些缺點。首先是抗震性能，板焊材料不具有吸收震動能量的特點，這類的沖壓機床在工作時與灰鑄鐵機身機床相比抖動要更為強烈。較差的力學性能會導致零件運動精度和壽命的降低。一次曲線的板焊機身形狀變化比較突兀，過渡區(qū)的缺乏使得其抗應力集中性能也比較差。其次板焊機身整體性較差，這主要是由于機身被多道焊縫割裂，造成機身材質(zhì)上存在一些不同，在焊接熔池地帶形成了不同的金屬組織，在震動沖擊情況下的機身動作存在不同步的地方，因而在動作的統(tǒng)一性上比不上單一組織的灰鑄鐵機身。此外由于抗震性能較差，為了確保沖壓機床的使用性能必須要對模具的剛度進行人為的提高，還需要進行強制的導向。但是模板的厚度增大以及滾柱導向柱數(shù)量的增多會造成模具壽命的下降。最后是制件的幾何精度較差。這主要是由于工件厚度增加時震動也隨之加大，在較差的沖擊力之下模具會隨著機身一起抖動，導致機床的對中性變差進而對制件的幾何精度造成影響。

3 沖壓機床機身選材探討

對產(chǎn)品的性能指標進行評價時，如果二者的經(jīng)濟指標不存在過于懸殊的差距，則一般是對其相同工作環(huán)境下的性能進行評價比較。這也是進行沖壓機床機身選材問題探討的指導思想。鑒于沖壓機床工作環(huán)境中震動較大的問題，為了保證機身的穩(wěn)定性必須要選用恰當?shù)牟馁|(zhì)，合理的材料結(jié)構(gòu)可以在一定程度上降低機床本身的震動性。HT200灰鑄鐵材料的沖壓機床機身充分滿足了抗震性的要求，可以發(fā)揮自身組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢解決機身震動較強的問題。需要注意的是，鋼結(jié)構(gòu)的焊板沖壓機床機身并不是說每項指標都不如灰鑄鐵機身，它也具有一定的可取之處，例如成本較低、重量較輕等等。但是對于閉式?jīng)_壓機床來說，鑄鐵機身的綜合性能也更為出色，這主要是由于閉式?jīng)_壓機的噸位往往超過80t，對于抗震性能的要求較高。

4 結(jié)語

通過對HT200灰鑄鐵和45號鋼的對比發(fā)現(xiàn)，HT200灰鑄鐵可以吸收振動能量，當機床噸位超過100t時，仍然使用鋼板焊接機身會出現(xiàn)較多的弊端，因而噸位較大的沖壓機床大多選用鑄鐵機身。與鋼板焊接機身相比，鑄鐵機身的形狀更為靈活，力學性能更好，可以制成圓滑漸變的過渡區(qū)，提高沖壓機床運行的可靠性。

[1]史文．改進的風險優(yōu)先數(shù)排序方法在沖壓機床可靠性分析中的應用[J]．制造技術(shù)與機床，2017（02）．

[2]鄒浙湘．汽車沖壓件專用機床的經(jīng)濟型自動送料機械手研究[J]．起重運輸機械，2017（02）．

TG385

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1671-0711（2017）08（下）-0129-02