国内高速精密压力机发展现状及趋势

文/鹿新建，柯尊芒，王寒阳，郭世彦·江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司

国内高速精密压力机发展现状及趋势

文/鹿新建，柯尊芒，王寒阳，郭世彦·江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司

随着国内家电、计算机、汽车等行业的快速发展，对功能性冲压零件（微电机定转子、小型变压器E/I片、引线框架、接插件等）的需求日益增加，促使压力机的冲压效率不断提高，高速精密压力机的应用逐步得到推广。与国外近百年的高速精密压力机发展历程相比，国内起步较晚，始于20世纪80年代，进入2000年后，得益于家电行业的迅猛发展、模具制造水平的提高，高速精密压力机的市场需求量迅速增加。

徐锻集团于2002年推出了VH系列开式高速精密压力机并批量投放市场，该系列产品的曲轴支撑及连杆部位采用精密滚动轴承、空气弹簧静平衡装置以及超长V形导轨，主要服务于小型变压器E/I片及部分微电机定转子行业。并且，在2003年开始徐锻集团对原有JF75G闭式双点高速精密压力机进行技术改造，主轴部分改为全滚动结构、四角八面导轨改为无间隙滚动结构以及采用空气弹簧静平衡装置等，于2006年完成了国内首台3000kN闭式双点高速压力机的研发，形成了公称力800～3000kN、冲压次数150～450次/min的闭式双点高速压力机（JF75G系列，图1）的制造能力，主要服务于微电机铁芯行业，很大程度上满足了市场需求。到了2004年，徐锻集团成功研制出SH-25型250kN超高速精密压力机，采用精密三圆导柱结构，其中辅助导柱采用静压结构，主轴部分采用滚动＋滑动复合结构，配备动态平衡装置及润滑油温控制系统，行程20mm时最高转速为1200次/min。随后进行了系列化，形成了公称力160～500kN的超高速压力机制造能力，用于满足微电子类零件的精密冲压。

随后，扬锻集团开发了800～3000kN的J76闭式双点高速精密压力机，并在国内率先进行了单排三点闭式高速压力机（YSH300）、550t闭式双点高速压力机的研发。扬力集团、山东金箭精密机器有限公司（以下简称“山东金箭”）、浙江中鼎精工科技有限公司、宁波精达成形装备股份有限公司（以下简称“宁波精达”）以及徐州健友精密冲床有限公司等陆续推出了各自的开式及闭式高速精密压力机。在驱动形式上，宁波精达在国内率先采用正弦机构（也称无连杆机构），开发出了应用于空调翅片冲领域的闭式双点高速精密压力机(GC系列），并在此基础上开发出适用于微电机定转子领域的GD系列闭式双点高速压力机。

图1 200t JF75G系列闭式高速精密压力机冲压线

宁波米斯克精密机械工程技术有限公司（以下简称“米斯克”）则通过消化国外成熟技术的方式，在国内率先开展了多连杆式高速精密压力机的研制，用于引线框架等精密零件的高速精密冲压，其Super-30型300kN高速压力机，在滑块行程25mm时，最高行程次数为1050次/min。

为促进我国高速压力机的发展， 高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项实施管理办公室自2009～2012年先后4次出台了关于高速精密压力机的科技重大专项，促进了高速压力机从追求高速度向高精度的转变。由于高速精密压力机早期利润率高、便于批量生产以及不断普及，刺激了国内民营企业转向高速精密压力机的研发，很好地满足并促进了国内高速精密压力机的发展，能够在一定程度上实现对进口产品的替代，但整机精度及可靠性有待于进一步提高。

2008年国家标准化管理委员会批准成立了“全国锻压机械标准化技术委员会数控高速压力机工作组(SCA/TC220/WG1）”，设在徐锻集团，开展高速精密压力机相关国家标准的制定。在由徐锻集团、济南铸造锻压机械研究所和扬锻集团共同修订发布的GB/T29548-2013《闭式高速精密压力机·精度》中首次将高速压力机分为高速精密压力机和高速超精密压力机，并给出了不同的精度数值；首次将下死点动态精度指标写入标准，具体数值见表1，给出了3种测量工况的定义（加温恒速、恒温恒速和加温加速）及测试方法（均要求在最低速达到稳态后进行测量）。

由于用于微电子行业的高速超精密压力机技术含量高，主要依赖进口。2010年前后，国内高速精密压力机制造商在发展大型闭式高速精密压力机的同时，不约而同地将发展方向转向多连杆式高速精密压力机，主要有徐锻集团联合南京农业大学开发的JL75G-60型数控高速超精密压力机（图2），其传动机构借鉴了日本YAMADA DOBBY的NXT机型并进行了创新，该传动机构具备行程及下死点可调的功能。宁波精达联合浙江工业大学进行了超高速压力机CBG25的研制，传动系统借鉴了瑞士BRUDERER的杠杆式传动机构；扬锻集团联合南京理工大学进行了新型多杆高速精密压力机的理论研究。此外，由于日本电产京利（Nidec-kyori）的多连杆式高速超精密压力机在国内市场占有率高，且结构较为简单，因此，类似机型在国内不断涌现，但均未形成规模。

纵观近几年国内高速精密压力机的发展历程，不难看出，在技术上呈现以下趋势：

⑴采用多连杆机构。多连杆机构一般采取曲轴纵放形式，双点的距离由连杆长度决定，与曲轴式高速精密压力机相比，减少了大规格曲轴的制造以及上横梁主轴孔的加工。在一定程度上降低了制造难度，但是构成杆系的各杆则需要进一步提高制造精度，采用新材料和新工艺。

除瑞士BRUDERER的高速超精密压力机，国内市场上采用多连杆机构的高速超精密压力机，其冲压力大多不超过1250kN，随着国内曲轴式高速精密压力机的竞争日益加剧，采取简易多连杆式将成为下一个发展趋势。

⑵采用三点/四点结构。随着高速精密压力机冲压吨位的不断加大、模具工位数的不断增加，采用三点或四点式将成为高速精密压力机的又一发展趋势。三点和四点结构多见于曲轴式高速精密压力机，四点多连杆式仅见于国外部分专利。三点式的代表主要有日本的ISIS和YAMADA DOBBY，前者主要生产小型三点式（1000kN以下），服务于微电子行业。四点式高速精密压力机的代表主要有日本AIDA、美国的OAK公司（图3）。除扬锻集团的三点式高速精密压力机外，西安交通大学进行了四点式高速精密压力机的研制，满足了部分用户的需求。

表1 下死点动态精度数值

⑶采用高速重载滑动轴承。国内高速精密压力机为了适应高转速，同时降低制造要求，普遍在连杆及曲轴支撑部位采用滚动轴承。由于滚动轴承（多采用调心滚子轴承和圆柱滚子轴承）在承受冲击载荷时为线接触，刚性差，尤其是在重载时表现出下死点精度的不稳定性，因此，多用于中小吨位高速压力机。随着冲压零件精度的提高、高速压力机整体制造精度的提高、油温控制系统和大流量润滑系统的采用，滑动轴承应用过程中的发热问题得到有效解决，逐渐重新应用到高速及超高速压力机中。与滚动轴承相比，在承受冲击载荷时为面接触，刚度大，有益于下死点精度的稳定。此外，通过设置合适的润滑系统参数可实现滑动部位的液体动力润滑，保证达到滑动副的无磨损，从而提高了整机的可靠性。此外，高速精密压力机的大型化及采用多连杆驱动机构也在一定程度上限制了滚动轴承的应用。

⑷应用伺服驱动技术。随着伺服电机和驱动器价格的不断下降，高速精密压力机采用伺服驱动技术将成为下一个发展趋势，采用伺服驱动技术可以简化传动系统，实现滑块的行程无级可调，从而增加其柔性。伺服驱动技术目前还没有在高速压力机领域取得应用，仅有部分厂家开始尝试，如日本YAMADA DOBBY公司开发的Fit-3型高速伺服压力机，采用伺服电机驱动，无离合器和制动器，简化了传动系统；徐锻集团开展了伺服电机高速驱动卵形齿轮＋曲柄滑块机构的理论研究（图4）。

图2 JL75G-60型数控高速超精密压力机

图3 美国OAK公司的四点式高速精密压力机

图4 伺服电机高速驱动卵形齿轮＋曲柄滑块机构