【干货】冲床基本知识
一、冲床的工作原理：
冲床之设计原理是将圆周运动转换为直线运动，由主电动机出力，带动飞轮，经离合器带动齿轮、曲轴(或偏心齿轮)、连杆等运转，来达成滑块的直线运动，从主电
动机到连杆的运动为圆周运动。连杆和滑块之间需有圆周运动和直线运动的转接点，
其设计上大致有两种机构，一种为球型，一种为销型(圆柱型) ，经由这个机构将圆
周运动转换成滑块的直线运动。
冲床对材料施以压力，使其塑性变形，而得到所要求的形状与精度，因此必须
配合一组模具(分上模与下模)，将材料置于其间，由机器施加压力，使其变形，加工
时施加于材料之力所造成之反作用力，由冲床机械本体所吸收。
二、冲床的分类：
1.按滑块驱动力可分为机械式与液压式两种，故冲床依其使用之驱动力不同分为：
（1）机械式冲床(Mechanical Power Press)
（2）液压式冲床(Hydraulic Press)
一般板金冲压加工，大部份使用机械式冲床。液压式冲床依其使用液体不同，有油压式冲床与水压式冲床，目前使用油压式冲床占多数，水压式冲床则多用于大型机械或特殊机械。
2.依滑块运动方式分类：
依滑块运动方式分类有单动、复动、三动等冲床，唯目前使用最多者为一个滑块之单动冲床，复动及三动冲床主要使用在汽车车体及大型加工件的引伸加工，其数量非常少。
3.依滑块驱动机构分类：
（1）曲轴式冲床(Crank Press)
使用曲轴机构的冲床称为曲轴冲床，如图一是曲轴式冲床，大部份的机械冲床
使用本机构。使用曲轴机构最多的理由是，容易制作、可正确决定行程之下端位置、及滑块运动曲线大体上适用于各种加工。因此，这种型式的冲压适用于冲切、弯曲、拉伸、热间锻造、温间锻造、冷间锻造及其它几乎所有的冲床加工。
（2）无曲轴式冲床(Crankless Press)
无曲轴式冲床又称偏心齿轮式冲床，图二是偏心齿轮式冲床。曲轴式冲床与偏心齿轮式冲床两构造之功能的比较，如表二所示，偏心齿轮式冲床构造的轴刚性、润滑、外观、保养等方面优于曲轴构造，缺点则是价格较高。行程较长时，偏心齿轮式冲床较为有利，而如冲切专用机之行程较短的情形时，是曲轴冲床较佳，因此小型机及高速之冲切用冲床等也是曲轴冲床之领域。
（3）肘节式冲床(Knuckle Press)
在滑块驱动上使用肘节机构者称为肘节式冲床，如图三所示。这种冲床具有在下死点附近的滑块速度会变得非常缓慢(和曲轴冲床比较)之独特的滑块运动曲线，如图四所示。而且也正确地决定行程之下死点位置，因此，这种冲床适合于压印加工及精整等之压缩加工，现在冷间锻造使用的最多。
（4）摩擦式冲床(Friction Press)
在轨道驱动上使用摩擦传动与螺旋机构的冲床称为摩擦式冲床。这种冲床最适宜锻造、压溃作业，也可使用于弯曲、成形、拉伸等之加工，具有多用性之功能，因为价格低廉，战前曾被广泛使用。 因无法决定行程之下端位置、加工精度不佳、生产速度慢、控制操作错误时会产生过负荷、使用上需要熟练的技术等缺点，现在正逐渐的被淘汰。
（5）螺旋式冲床(Screw Press)
在滑块驱动机构上使用螺旋机构者称为螺旋式冲床(或螺丝冲床)。
（6）齿条式冲床(Rack Press)
在滑块驱动机构上使用齿条与小齿轮机构者称为齿条式冲床。螺旋式冲床与齿条式冲床有几乎相同的特性，其特性与液压冲床之特性大 致相同。以前是用于压入衬套、碎屑及其它物品的挤压、榨油、捆包、及弹壳之压出(热间之挤薄加工)等，但现在已被液压冲床取代，除非极为特殊的情况之外不再使用。
（7）连杆式冲床(Link Press)
在滑块驱动机构上使用各种连杆机构的冲床称为连杆式冲床。使用连杆机
构之目的，在引伸加工时一边将拉伸速度保持于限制之内，一边缩短加工之周
期，利用减少引伸加工之速度变化，加快从上死点至加工开始点之接近行程与从下死点至上死点之复归行程的速度，使其比曲轴冲床具有更短之周期，以提高生产性。这种冲床自古以来就被用于圆筒状容器之深引伸，床台面较窄，而最近则被用于汽车主体面板之加工、床台面较宽。
（8）凸轮式冲床(Cam Press)
在滑块驱动机构上使用凸轮机构之冲床称为凸轮冲床。这种冲床的特征是以制作适当的凸轮形状，以便容易地得到所要的滑块运动曲线。但因凸轮机构之性质很难传达较大的力量，所以这种冲床能力很小。
3.依机身型式分类
依机身的型式分类有(1)开背式(C型) (2)直柱型(H型)机身两大类，目前一般
冲压业者所使用的冲床以C型占多数，尤以小型冲床(150 吨以下)为最多，大型
机则多为直柱型(H型)。使用C型冲床机身者称为C型冲床，直柱型机身称为直柱型冲床。
（1）C型冲床(Gap Type Power Press)
C型冲床因机身并非对称，冲压时的反力会造成机身前后开口部变形，导致模具并行度恶化，是其最大缺点，因此一般使用在公称压力的50%左右，然因操作性佳，模具接近性良好，换模方便等有利因素，仍然受到广泛的喜爱，同时机器价格亦较为低廉，是目前冲压机械的主流。但冲床能力约在300吨以下。
（2）直柱型冲床(Straight Side Mechanical Press)
直柱型冲床因其机身对称，能耐作业时的偏心荷重是其优点，但作业时模具的
接近性较差，一般大型机在 300吨以上冲床多采用此型，有一体式机身及三段
式机身两种。
三、冲床的选型：
选择冲床时，必须明确的了解其使用的目的。因此，除应充分了解加工法、作业方法、冲床之功能、技术动向等，同时也应正确的把握市场之情势与动向等。但因加工法、冲床之功能等非常复杂而不易了解，很多情形都在不是真正了解使用目的的情况下选择冲床。特别是，如为合理化而选择冲床时，不允许有任何错误，因此应特别慎重。冲床之错误的选择将导致降低冲床工作效率，而且可能导致浪费设备投资等结果。
冲床能力有三大要素：
1.压力能力：指滑块在下死点上mm的位置，能够产生吨的压力，此压力亦称为「公称压力」或简称「能力」 ，单位以吨表示。
2.扭矩能力：指压力能力产生之位置，即下死点上 mm 亦称为「能力发生点」，单位以mm表示。
3.工作能力：指一行程加工时可产生之最大有效能力，单位以 kg-m表示。
如何选用适当的冲床
1. 正确地决定加工方法与作业方式：
（1）正确地决定加工方法与工程
冲压加工有各种方法，有时在冲压加工并用切削加工。选择冲床时，应先检讨所想的加工方法是否对于对象产品而言是适切的加工方法，而且是适当的加工工程数。如决定加工方法，应选定的冲床种类也就大致决定。
（2）生产量之程度
如一批量超过3000~5000 个，利用自动送料较有利。多工程而生产量较多时，需考虑采用连续式加工及移送式加工，而且也需检讨高速自动冲床，移送式冲床等之自动机械。 选用泛用冲床或自动冲床虽然是以生产量之多寡来决定为主，但基
本上应考虑必要时必要的量，经常维持适当之库存量，而且不只对现在，也应考虑将来的生产量市场情势，技术动向等。
（3）素材之形状、品质及尺寸之关系
素材之形状、品质等应与加工方法、稼动率、材料利用率之关连来做决定。素材之形状又依是卷材或定尺材或半加工品之任何一种，及其大小，其作业方法也有很大的不同。
（4）如何供应素材，取出产品，处理废料
以上的作业总称为材料处理(MATERIAL HANDLING)，在生产工厂于全能作业中，材料处理所占的比率很大。因此材料处理并非只是局部性的消化生产的立场，而是必须从工场整体之合理化考量。依材料处理之考量对在冲压机械之要求之功能有很大的不同。
(5)如何利用冲模缓冲器(DIE CUSHION)
引伸加工时应考虑在单动冲床附加冲模缓冲器。因冲模缓冲器能提供高性能，即使不使用复动冲床也可进行相困难的引伸加工。提高冲模缓冲器性能之附属装置需有固锁装置(Locking device)。
2.选择适合加工的冲床能力
(1)算出加工压力及加工的压力行程曲线
应将加工时需要的最高压力，加工行程中之压力变化用计算求出。多工程加工应求出各工程压力行程曲线，重叠并求出合成之压力行程曲线。决定加工之最高压力及压力行程曲线，即可决定应选择的压力能力。
至于工作能力的决定应先决定加工之频度(1 分钟加工几次)。装配自动送料装置的冲床马力最好是加大一级马力的马达。冲床的能力最好不要选择刚刚好饱和使用能力，而应选常用能力是公称能力的 7580%的冲床。
(2)偏心荷重，集中荷重的程度
在1台冲床装配两个以上的冲模使用的情形或使用连续冲模时是当然有偏心荷重，但其它的冲压加工也多数有偏心荷重。因冲压能力之设计通常是以中心荷重为基准进行，因此有偏心荷重时必需注意压力能力会下降。因此，对偏心荷重之作业应选择有充份裕量之冲床能力。冷间锻造加工多数为极端的集中荷重。对集中荷重之作业应尽量选择小冲模空间的冲床。
（3）计算冲模缓冲器之有效能力之减少
装置冲模缓冲器时，冲床之引伸能力等于扣除缓冲器之能力。通常，缓冲器之能力是冲床之公称能力的 1/6 为标准。这个数值一见好像很小，但在冲床之中点附近如与可用于引伸加工之有效引伸能力比较，绝对不是低的数值，而是适当的数值。
虽然因加工上之需要而取冲床能力之 1/3的高缓冲能力，但标准冲床的情形，行程之中点附近的有效引伸能力会显著减少(极端时会失去推压缓冲器的能力)，所以应多加注意。
因此，对如此高的缓冲能力时，冲床之扭矩能力也应选择较高的。如果将缓冲能力提的太高的话，将因扭矩能力之不相配而成为不经济之构造，所以有这种必要时，不如考虑采用复动冲床。
3.明确加工产品之尺寸精度
加工产品之必要精度是由产品之用途及与下工程之关连等决定。在实际的冲压加工中会随着素材之板厚，胚料块(挤压加工时)之体积，材质(与变形阻抗有关系)及润滑之程度等之偏差及随生产之进行，模具的摩耗等导致加工精度不良的原因很多。
如特别要求高加工精度时，应选择高刚性的冲床或有大能力(对其加工有充份宽裕的压力能力者)之冲床。但 C 型冲床即使使用大能力的冲床也没有多大的效果，应注意要选择刚性高的冲床。
4.充份了解冲床之功能
（1）充分调查冲床型录规格
型录规格表示冲床之主要能力与大小，为选择冲床之基本。冲床能力之表示通常只表示压力能力，应合并扭矩能力及工作能力加以检讨。 打胚专用之冲床应缩短行程并提高该部份 SPM。如冲模高度，作业面之宽度，作业面之模具装配 T沟，缓冲器销孔等必须与使用之模具关连作决定。
应注意因厂房之限制对冲床的规格作过份的要求反而对冲床的功能带来负面的影响。因此，如规格上没问题，就应选择标准规格的冲床，而且已经稳定的功能并有实绩的冲床。
（2）冲床附属装置之选择
适当使用附属装置可提高生产力，所以对各种附属装置也应进行充份的检讨。
为增加生产，最好的方法是装置自动送料装置进行连续加工。如材料之供给及产品之取出等工作因太复杂而连续加工有困难时，可使用计时器(TIMER)限时连续作业，提高生产效率。
使用输送机或卸料机(UNLOADER)装置对提高生产性也有效益。如频繁地更换模具时，模具的快速交换(Q.D.C)装置及冲模夹具等也有效益。可考虑缓速运转装置，材料之更换，产品之堆叠装置等。附滚筒供料的冲压应装置无段变速装置。且应考虑到将来之需要装置缓冲器及送料机(FEEDER)或回转凸轮(ROTARYCAM)的准备。但如果装备太多复杂的附属装置将提高故障率，而且增加保养上之麻烦，因此必须适当的选择冲床附属装置。
（3）应检讨有关功能的弹性
为维持良好的稼动率，冲床之功能必须符合机种更换激烈的市场倾向。 即应该检讨既可适应大量生产又可适应少量生产之功能以及又可追随将来机种更换的功能。例如自动送料装置之驱动动力为了容易执行同步，通常是取冲床的曲柄轴，如此将成为附自动送料装置之冲床，而增强对某种作业之专用性。
如使用单独驱动送料机，因有独立的动力，因此可以轻松地移动，可自由与任何冲床组合，而且可以因应作业的变化。
（4）应选容易保养，信赖度高的冲床
冲压加工产品因生产量多且通常需要数工程之作业，因此如因冲床故障而停机，对整体的生产影响很大。所以，应选择各部容易保养、检查、信赖度高(特别是离合器、刹车器及电气操作关系之稳定性，耐久性好)的冲床。
（5）安全
冲压作业是灾害危险性高的作业，因此应充份考虑安全对策，选择冲床时也应选择有安全装备功能的冲床。有错误操作产生时也不会发生事故，可安全运转操作。因此冲床之运转操作要有各种之联锁装置(inter lock)、剪板式及油压式之过负荷安全装置、两手操作、光线式、机械式等作业用之安全装置。
（6）噪音、震动
冲压工厂之噪音、震动因公害问题受到法规限制。作业环境是今后的重要课题。因此今后对冲压之设备应合并噪音震动对策检讨的必要。
（7）有关自动化
近年来生产形态的变化，生产批量有减少的倾向，因此模具及材料的交换频度增加，要使其省力化与时间的缩短亦必须用自动化来操作，也就是说模具及材料的选择、配置、冲床的调整、生产运转、生产量管理等作系统化的自动化冲压加工生产线的时代已经来临了。 依现今的科技情势来看，无人作业的冲压生产线由远隔指令来生产所要的制品，并维持所要的精度，并非是离奇的梦想。
2024-02-02
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2024-02-02
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