1.4 冲压设备
冲压设备的选用是冲压工艺设计过程中的一项重要内容。必须根据冲压工序的性质、冲压力的大小、模具结构形式、模具几何尺寸以及生产批量、生产成本、产品质量等诸多因素，结合单位现有设备条件选用。
冲压设备的种类很多，其分类的方法也很多。如按驱动滑块力的种类可分为机械的、液压的、气动的等；按滑块个数可分为单动、双动、三动等；按驱动滑块机构的种类又可分为曲柄式、肘杆式、摩擦式；按机身结构形式可分为开式、闭式等。冲压生产中常按驱动滑块力的种类而把压力机分为机械压力机、液压压力机。下面介绍几种常用的冲压设备。
1.4.1 曲柄压力机
1.曲柄压力机的结构及工作原理
曲柄压力机是冲压生产中应用最广泛的一种机械压力机，图1.8所示为JB23-63曲柄压力机外形，图1.9所示为其工作原理图。电动机1通过带轮、齿轮带动曲轴7旋转，曲轴通过连杆带动滑块10沿导轨做上下往复运动，带动模具实施冲压，模具安装在滑块与工作台之间。
图1.8 JB23-63曲柄压力机外形
图1.9 曲柄压力机工作原理
1-电动机：2-小带轮；3-大带轮；4-小齿轮；5-大齿轮；6-离合器；7-曲轴；8-制动器；9-连杆；10-滑块；11-上模；12-下模；13-垫板；14-工作台
曲柄压力机结构组成包括工作机构、传动系统、操作系统、支撑部件和辅助机构等。
（1）工作机构：工作机构主要由曲轴7、连杆9和滑块10组成。其作用是将电动机主轴的旋转运动变为滑块的往复直线运动。滑块底平面中心设有模具安装孔，大型压力机滑块底面还设有T形槽，用来安装和压紧模具，滑块中还设有退料（或退件）装置，用以在滑块回程时将工件或废料从模具中退下。
（2）传动系统：传动系统由电动机、带轮、齿轮等组成。其作用是将电动机的运动和能量按照一定要求传给曲柄滑块机构。
（3）操作系统：操作系统包括空气分配系统、离合器、制动器、电气控制箱等。曲柄压力机使用的离合器有摩擦离合器和刚性离合器两类。
（4）支撑部件：支撑部件包括机身、工作台、拉紧螺栓等。
此外，压力机还包括气路和润滑等辅助系统，以及安全保护、气垫、顶料等附属装置。
2.曲柄压力机的型号
曲柄压力机的型号用汉语拼音字母、英文字母和数字表示。例如JB23-63型号的意义是：
先将型号的表示方法叙述如下：
第一个字母为类的代号，“J”表示机械压力机，参见表1.4。
表1.4 压力机分类
第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号，凡主参数与基本型号相同，但其他某些次要参数与基本型号不同的称为变型，“B”表示第二种变型产品。
第三、四个数字为列、组代号，“2”代表开式双柱压力机，“3”代表可倾机身。
横线后的数字代表主参数，一般用压力机的公称压力作为主参数，代号中的公称压力用工程单位“tf（吨力）”表示。故转换为法定单位制的“kN（千牛）”时，应将此数字乘以10。例中63代表63tf，乘以10即为630kN。
压力机的名词解释：
（1）开式压力机：指床身结构为C型，操作者可以从前、左、右接近工作台，操作空间大，可左右送料的压力机。
（2）单柱压力机：指开式压力机床身为单柱，此种压力机不能前后送料。
（3）双柱压力机：指开式压力机床身为双柱，可前后、左右送料。
（4）可倾压力机：指开式压力机床身可倾斜一定角度，便于出料。
（5）活动台压力机：指工作台能做水平移动的开式压力机。
（6）固定台压力机：指工作台不能做水平移动的开式压力机。
（7）闭式压力机：指床身为左右封闭的压力机。床身为框架式、或叫龙门式，操作者只能从前后两个方向接近工作台，操作空间小，只能前后送料。
（8）单点压力机：指滑块由一个连杆驱动的压力机，用于小吨位台面较小的压力机。
（9）双点压力机：指滑块由两个连杆驱动的压力机，用于大吨位台面较宽的压力机。
（10）四点压力机：指滑块由四个连杆驱动的压力机，用于前后左右都较大的压力机。
（11）单动压力机：指只有一个滑块的压力机。
（12）双动压力机：指具有内、外两个滑块的压力机。外滑块用于压边，内滑块用于拉深。
（13）上传动压力机：指传动机构设在工作台以上的压力机。
（14）下传动压力机：指传动机构设在工作台以下的压力机。
3.曲柄压力机的技术参数
曲柄压力机的基本技术参数表示压力机的工艺性能和应用范围，是选用压力机和设计模具的主要依据。曲柄压力机的基本技术参数如下。
（1）公称压力（kN）：公称压力是指当滑块运动到距下死点前一定距离（公称压力行程）或曲柄旋转到下死点前某一角度（公称压力角）时，滑块上允许的最大工作压力。
（2）滑块行程：滑块行程是指滑块从上死点运动到下死点所走过的距离，它的大小和压力机的工艺用途有很大的关系。
（3）滑块行程次数：滑块行程次数是指滑块空载时，每分钟上下往复运动的次数。有负荷时，实际滑块行程次数小于空载次数。对于自动送料曲柄压力机，滑块行程次数越高，生产效率就越高。
（4）装模高度和封闭高度：压力机装模高度（GB8845—88称为闭合高度）是指在压力机滑块处于下死点位置时，滑块下表面到垫板上表面的距离。当装模高度调节装置将滑块调整到最上位置时（即当连杆调至最短时），装模高度达最大值，称为最大装模高度。当装模高度调节装置将滑块调整到最下位置时（即当连杆调至最长时），装模高度达到最小值，称为最小装模高度。模具的闭合高度应小于压力机的最大装模高度。装模高度调节装置所能调节的距离，称为装模高度调节量。例如J31-315型压力机的最大装模高度为490mm，装模高度调节量为200mm。和装模高度并行的参数还有封闭高度（JB1395-74），所谓封闭高度是指滑块在下死点时，滑块下表面到工作台上表面的距离，它和装模高度之差即为垫板的厚度。
（5）工作台尺寸和滑块底面尺寸：这些尺寸与模具外形尺寸及模具安装方法有关。
（6）模柄孔尺寸：当模具需要用模柄与滑块相连时，模具的模柄尺寸应与滑块内模柄孔的尺寸相协调。
除上述参数外，喉口的深度、漏料孔的尺寸等也是模具设计时所必须考虑的。
表1.5是常用的开式可倾压力机的主要结构参数。
表1.5 开式可倾压力机的主要结构参数
1.4.2 液压机
液压机工作平稳，压力大，操作空间大，设备结构简单，在冲压生产过程中广泛应用于拉深、成型等工艺过程，也可应用于塑料制品的加工过程。
1.液压机的结构及工作过程
液压机是根据帕斯卡原理制成的，它利用液体压力来传递能量，液压机的结构如图1.10所示。工作时，模具安装于活动横梁4和下梁6之间，主缸3带动活动横梁4对模具加压；工作结束时，主缸3回复，打开模具，需要时顶出缸7可将工件顶出。液压机的工作行程长，并在整个行程上都能承受公称载荷，不会发生超负荷的危险，但工作效率低。
图1.10 液压机结构
1-充液罐；2-上梁；3-主缸及活塞；4-活动横梁；5-立柱；6-下梁；7-顶出缸
2.液压机型号的表示方法
液压机的型号表示方法与曲柄压力机的型号表示方法相类似，其具体表示方法如下。
其中通用特征代号为：
例如YA32-315型号的意义是：
第一个字母为类的代号，“Y”表示液压机。
第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号。
第三、四个数字为列、组代号，“32”表示四柱液压机。
横线后的数字代表主参数，“315”表示公称压力为315tf。
3.液压机的技术参数
现以三梁四柱式液压机为例，液压机的基本参数如下：
（1）公称压力（公称吨位）：公称压力是指液压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工作柱塞总工作面积的乘积，它反映了液压机的主要工作能力。
（2）最大净空距（开口高度）：最大净空距是指活动横梁停止在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表面的距离，如图1.11中的H。最大净空距反映了液压机高度方向上工作空间的大小。
（3）最大行程：最大行程是指活动横梁能够移动的最大距离，如图1.11中的S。
（4）工作台尺寸（长×宽）：工作台尺寸是指工作台面上可以利用的有效尺寸，如图1.11中的B与T。
图1.11 基本参数示意图
（5）回程力：回程力由活塞缸下腔工作面积或单独设置的回程缸来实现。
（6）活动横梁运动速度（滑块速度）：可分为工作行程速度、空行程速度及回程速度。工作行程速度由工艺要求来确定，空行程速度及回程速度可以高一些，以提高生产效率。
（7）允许最大偏心距：允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时所能允许最大偏心值。
（8）顶出器公称压力及行程：有些液压机下横梁装有顶出器，其压力和行程可按工艺要求确定。
1.4.3 摩擦式压力机
摩擦式压力机是利用摩擦盘与飞轮之间相互接触，传递动力，并根据螺杆与螺母相对运动，使滑块产生上下往复运动的锻压机械。
图1.12所示为摩擦压力机的传动示意图。其工作原理为：电动机1通过V形传动带2及大带轮把运动传递给横轴4及左右摩擦盘3和5，使横轴与左右摩擦盘始终在旋转，并且横轴可允许在轴内做一定的水平轴向移动。工作时，压下手柄13，横轴右移，使左摩擦盘3与飞轮6的轮缘相压紧，迫使飞轮与螺杆9顺时针旋转，带动滑块向下做直线运动，进行冲压加工。反之，手柄向上，滑块上升。滑块的行程用安装在连杆10上的两个挡块11来调节。压力的大小可通过手柄下压多少控制飞轮与摩擦盘的接触松紧来调整。实际压力允许超过公称压力25%～100%，超负荷时，由于飞轮与摩擦盘之间产生滑动，所以不会因过载而损坏机床。由于摩擦压力机有较好的工艺适应性，结构简单，制造和使用成本较低，因此特别适用于校正、压印、成型等冲压工作。
图1.12 摩擦压力机的传动示意图
1-电动机；2-V形传动带；3、5-摩擦盘；4-横轴；6-飞轮；7-杠杆；8-螺母；9-螺杆；10-连杆；11-挡块；12-滑块；13-手柄
1.4.4 冲压设备的选择
冲压设备的选用主要包括选择压力机的类型和确定压力机的规格。
1.类型的选择
冲压设备的类型较多，其刚度、精度、用途各不相同，应根据冲压工艺的性质、生产批量、模具大小、制件精度等正确选用。
对于中小型的冲裁件、弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。虽然开式压力机的刚性差，在冲压力的作用下床身的变形会破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量，可是由于它提供了极为方便的操作条件和非常容易安装机械化附属装置的特点，因此使它成为目前中小型冲压设备的主要形式。
对于大中型冲裁件的生产多采用闭式结构形式的机械压力机。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。
在小批量生产中，尤其是大型厚板冲压件的生产多采用液压机。液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点。但是，液压机的速度慢，生产效率低，而且零件的尺寸精度有时会受到操作因素的影响而不十分稳定。
摩擦压力机具有结构简单、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成型等冲压工作。但是，摩擦压力机的行程次数较少，生产效率低，而且操作不太方便。
在大批量生产或形状复杂零件的生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。
2.规格选用
确定压力机的规格时应遵循如下原则：
（1）压力机的公称压力必须大于冲压工序所需压力，当冲压行程较长时，还应注意在全部工作行程上，压力机许可压力曲线应高于冲压变形力曲线。
（2）压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得所需尺寸，并在冲压工序完成后能顺利地从模具上取出来。对于拉深件，行程应大于制件高度两倍以上。
（3）压力机的行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。
（4）压力机的闭合高度、工作台面尺寸、滑块尺寸、模柄孔尺寸等都能满足模具的正确安装要求。对于曲柄压力机，模具的闭合高度与压力机闭合高度之间要符合以下公式。
Hmax-5mm≥H+h≥Hmin+10mm
式中
H——模具的闭合高度，mm；
Hmax——压力机的最大闭合高度，mm；
Hmin——压力机的最小闭合高度，mm；
h——压力机的垫板厚度，mm。
工作台尺寸一般应大于模具下模座50～70mm，以便于安装；垫板孔径应大于制件或废料的投影尺寸，以便于漏料；模柄尺寸应与模柄孔尺寸相符。