沖壓機床機身選材問題的探討

劉文英

（通遼職業學院，內蒙古 通遼 028000）

沖壓機床機身選材問題的探討

劉文英

（通遼職業學院，內蒙古 通遼 028000）

選材是沖壓機床制造重要的一個環節，隨著工業的發展對于機床機身選材的重視程度越來越高。上世紀80年代末期開始出現了板焊機身的機床，傳統的機床機身大都采用鑄鐵材質，我國的機床制造業則是普遍采用灰口鑄鐵機身。機身作為機床的基礎，確保其選材的合理性對于沖壓機床的穩定運行來說至關重要。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 生產廠家資格認證

通遼鍛壓機床廠生產的機床機身材料為HT200灰鑄鐵，該企業已經通過了國際標準化組織的ISO09000和ISO9002的質量認證。

1.2 材質確認

本文選取了兩種國產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沖壓機床的王牌鋼，而采用國產的45號鋼作為代替，這主要是由于日本王牌鋼與45號優質碳結構鋼在強度、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 機床工作環境分析

沖壓機床的工作環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。相關測試表明，當沖壓機床的工作場所地面的混凝土結構層超過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。對沖壓機床工作環境內的噪聲進行分析發現，其工作產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生較強的刺激。

2 材質性能分析

2.1 HT200灰鑄鐵機身性能

主要從優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材料的優點。相較于45號鋼灰鑄鐵的鑄造工藝更為靈活，生產廠家可以根據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其力學性能更為出色。此外該材質為片狀分布的石墨組織，這種結構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，根據經典力學中的牛頓慣性定律，慣性較大的物體穩定性也較強，因而灰鑄鐵沖壓機床具有較好的穩定性，在震動環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定性和產品的質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在三點。一是機身重量較大，采用灰鑄鐵材質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量，使得其經濟指標較差。該種材質的機身對于模型、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構更為緊湊，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

對產品的性能指標進行評價時，如果二者的經濟指標不存在過于懸殊的差距，則一般是對其相同工作環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境中震動較大的問題，為了保證機身的穩定性必須要選用恰當的材質，合理的材料結構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，可以發揮自身組織結構的優勢解決機身震動較強的問題。需要注意的是，鋼結構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。但是對于閉式沖壓機床來說，鑄鐵機身的綜合性能也更為出色，這主要是由于閉式沖壓機的噸位往往超過80t，對于抗震性能的要求較高。

4 結語

通過對HT200灰鑄鐵和45號鋼的對比發現，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，提高沖壓機床運行的可靠性。

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

[2]鄒浙湘．汽車沖壓件專用機床的經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