曲柄（機械）壓力機偏載

壓力機是汽車沖壓行業最主要的加工設備，投資成本較大。壓力機的分類方法有很多，通常根據傳動的方式分為螺旋壓力機、曲柄壓力機和液壓機三大類。曲柄壓力機又稱為機械壓力機，本文所提的壓力機主要是指機械壓力機。

機械壓力機種類及適用工況

根據曲柄驅動滑塊著力點的不同，或按驅動連桿數的不同，機械壓力機分為單點壓力機、雙點壓力機、四點壓力機等幾種不同的壓力機類型。

圖1 單點壓力機的載荷分布

單點壓力機

曲柄驅動滑塊上的著力點僅有一個，即由一個連桿驅動滑塊的壓力機。該類壓機對相對于工作臺前后、左右方向的載荷偏載較敏感，主要適用于變形力為輻射狀均勻分布或對稱矩形零件的生產。汽車行業內典型零件有，尺寸相對來說較小，板料較厚的車架或底盤類零件，如副車架、輪轂、前后橋等，如圖2所示。

雙點壓力機

曲柄驅動滑塊上的著力點有兩個，即由兩個連桿驅動滑塊的壓力機。雙點壓力機的載荷分布如圖3所示。

該類壓機對相對于工作臺前后的載荷偏載較敏感，相對于工作臺左右的載荷有一定的抗偏載能力，主要適用于細長的梁類和支架類零件的生產。車身中小型結構件和一些尺寸較長、寬度相對較小、板料厚度較厚的車身零件的生產主要采用雙點壓力機，如轎車類的前后縱梁、卡車類的縱梁、邊板等，如圖4所示。

圖2 汽車典型零件圖

圖3 雙點壓力機的載荷分布

圖4 典型零件

四點壓力機

曲柄驅動滑塊上的著力點有四個，即由四個連桿驅動滑塊的壓力機，四點壓力機載荷分布如圖5所示。

該類壓機對相對于工作臺前后、左右的載荷均具有一定的抗偏載能力，主要適用于汽車大型覆蓋件的拉伸、成形、彎曲、沖裁等各種冷沖壓工藝，是汽車、航空、電子、家電等工業領域，特別是高檔轎車鈑金覆蓋件沖壓廣泛采用的沖壓設備，能較好地滿足大型拉伸件高質量、高效率的成形要求。汽車行業類典型零件有：車身覆蓋件及大型結構件，如側圍、車身內外板、頂蓋及前后底板等，如圖6所示。

壓機偏心載荷

偏心載荷定義

所謂偏心載荷，是指工件成形負荷的合力作用線中心與壓力機中心區域不一致的載荷。由于壓力機能力計算是在“負荷均勻分布于模座中央部位60%面積”的假設條件下進行計算的，故應避免大負荷作用于狹小面積的集中載荷或負荷合力偏離中心的偏心載荷。否則會造成設備不能正常使用甚至損壞。

閉式四點壓力機允許偏載曲線說明

⑴線剛度。壓力的作用下單位長度上的撓度，用以度量結構件（如底座、工作臺、滑塊等）的剛度。該指標用以規范和指導工藝模具設計及考核壓機的承載（包括偏載）能力，在此基礎上，設備通常給出承載（包括偏載）能力曲線。

⑵修沖類壓機滑塊允許偏載。圖7橫坐標是指集中載荷中心離工作臺中心的距離，1/4000線剛度的偏載曲線，是指集中偏心載荷作用于工作臺后，滑塊在4000mm線距離處偏移1mm的曲線，以此類推1/6000與1/8000線剛度的偏載曲線。實際工作時，滑塊前后方向寬度一般最大2500mm左右，也就是說1/2500線剛度的偏載曲線應位于1/4000線剛度的偏載曲線的上方。模具作用于工作臺的載荷為面載荷；因而，工況條件比偏載曲線生成時的工況條件要好很多。在計算滑塊4000mm距離撓度1mm的偏移量時，是基于工作臺板厚度為300mm且有壓機底座的剛性支承的前提條件得到的；而實際生產時，下模與工作臺/底座固定到一起成一剛體，相當于結構件受載厚度成倍增加了，發生偏移的量會更小。所以在模具設計時，抗偏載曲線一般都按壓機提供的滿足設計的偏載曲線考慮。一般情況下壓機在左右方向抗偏載能力要優于前后方向。

圖5 閉式四點壓力機的載荷分布

圖6 典型零件

圖7 JF39-1000滑塊允許偏載曲線

⑶拉延壓機滑塊允許的偏載曲線（左右/前后）。圖8所示的偏載曲線為壓機滿足設計強度時，不同工件成形噸位負荷中心在滑塊的區域范圍。拉延成形模具所需要的噸位比較大和集中，在模具設計時一定要考慮其合力的中心在偏載曲線范圍內即可，如虛線窗框標注的區域表示成形時所需噸位為1600t時，滑塊所允許的載荷區域，如模具設計時制件合力中心超出此區域則對壓機壽命有影響。

模具設計時偏載考慮及偏載判斷

圖8 LS4-2400F滑塊允許偏載曲線

模具設計時需考慮三者中心的關系（模具中心、模具受力中心、機床中心），一般設計時，模具幾何中心和機床中心能完全保持一致，但模具受力中心與機床中心很難保持一致。為了滿足偏載要求，其模具受力中心必須落在滑塊偏載范圍內，若落在偏載曲線范圍外，那就造成機床偏載，對機床損傷較大，此時必須通過調整模具在機床上的位置，使模具受力中心滿足偏載曲線要求。

結束語

目前，汽車廠大型外覆蓋件生產時采用四點壓力機，負荷基本均勻分布于模座中央部分大約60%的面積，通常不會超出四點壓機的抗偏載能力范圍。故很多廠家在模具設計時并沒有太多考慮到壓機偏載問題，本文簡述了曲柄壓力機偏載說明及要求，并簡單討論了模具設計時需考慮的偏載要求，僅供參考。

曲柄（機械）壓力機偏載

文/方孝安，李承璋·奇瑞汽車股份有限公司