1.4 沖壓設備
沖壓設備的選用是沖壓工藝設計過程中的一項重要內容。必須根據沖壓工序的性質、沖壓力的大小、模具結構形式、模具幾何尺寸以及生產批量、生產成本、產品質量等諸多因素，結合單位現有設備條件選用。
沖壓設備的種類很多，其分類的方法也很多。如按驅動滑塊力的種類可分為機械的、液壓的、氣動的等；按滑塊個數可分為單動、雙動、三動等；按驅動滑塊機構的種類又可分為曲柄式、肘桿式、摩擦式；按機身結構形式可分為開式、閉式等。沖壓生產中常按驅動滑塊力的種類而把壓力機分為機械壓力機、液壓壓力機。下面介紹幾種常用的沖壓設備。
1.4.1 曲柄壓力機
1.曲柄壓力機的結構及工作原理
曲柄壓力機是沖壓生產中應用最廣泛的一種機械壓力機，圖1.8所示為JB23-63曲柄壓力機外形，圖1.9所示為其工作原理圖。電動機1通過帶輪、齒輪帶動曲軸7旋轉，曲軸通過連桿帶動滑塊10沿導軌做上下往復運動，帶動模具實施沖壓，模具安裝在滑塊與工作臺之間。
圖1.8 JB23-63曲柄壓力機外形
圖1.9 曲柄壓力機工作原理
1-電動機：2-小帶輪；3-大帶輪；4-小齒輪；5-大齒輪；6-離合器；7-曲軸；8-制動器；9-連桿；10-滑塊；11-上模；12-下模；13-墊板；14-工作臺
曲柄壓力機結構組成包括工作機構、傳動系統、操作系統、支撐部件和輔助機構等。
（1）工作機構：工作機構主要由曲軸7、連桿9和滑塊10組成。其作用是將電動機主軸的旋轉運動變為滑塊的往復直線運動。滑塊底平面中心設有模具安裝孔，大型壓力機滑塊底面還設有T形槽，用來安裝和壓緊模具，滑塊中還設有退料（或退件）裝置，用以在滑塊回程時將工件或廢料從模具中退下。
（2）傳動系統：傳動系統由電動機、帶輪、齒輪等組成。其作用是將電動機的運動和能量按照一定要求傳給曲柄滑塊機構。
（3）操作系統：操作系統包括空氣分配系統、離合器、制動器、電氣控制箱等。曲柄壓力機使用的離合器有摩擦離合器和剛性離合器兩類。
（4）支撐部件：支撐部件包括機身、工作臺、拉緊螺栓等。
此外，壓力機還包括氣路和潤滑等輔助系統，以及安全保護、氣墊、頂料等附屬裝置。
2.曲柄壓力機的型號
曲柄壓力機的型號用漢語拼音字母、英文字母和數字表示。例如JB23-63型號的意義是：
先將型號的表示方法敘述如下：
第一個字母為類的代號，“J”表示機械壓力機，參見表1.4。
表1.4 壓力機分類
第二個字母代表同一型號產品的變型順序號，凡主參數與基本型號相同，但其他某些次要參數與基本型號不同的稱為變型，“B”表示第二種變型產品。
第三、四個數字為列、組代號，“2”代表開式雙柱壓力機，“3”代表可傾機身。
橫線后的數字代表主參數，一般用壓力機的公稱壓力作為主參數，代號中的公稱壓力用工程單位“tf（噸力）”表示。故轉換為法定單位制的“kN（千牛）”時，應將此數字乘以10。例中63代表63tf，乘以10即為630kN。
壓力機的名詞解釋：
（1）開式壓力機：指床身結構為C型，操作者可以從前、左、右接近工作臺，操作空間大，可左右送料的壓力機。
（2）單柱壓力機：指開式壓力機床身為單柱，此種壓力機不能前后送料。
（3）雙柱壓力機：指開式壓力機床身為雙柱，可前后、左右送料。
（4）可傾壓力機：指開式壓力機床身可傾斜一定角度，便于出料。
（5）活動臺壓力機：指工作臺能做水平移動的開式壓力機。
（6）固定臺壓力機：指工作臺不能做水平移動的開式壓力機。
（7）閉式壓力機：指床身為左右封閉的壓力機。床身為框架式、或叫龍門式，操作者只能從前后兩個方向接近工作臺，操作空間小，只能前后送料。
（8）單點壓力機：指滑塊由一個連桿驅動的壓力機，用于小噸位臺面較小的壓力機。
（9）雙點壓力機：指滑塊由兩個連桿驅動的壓力機，用于大噸位臺面較寬的壓力機。
（10）四點壓力機：指滑塊由四個連桿驅動的壓力機，用于前后左右都較大的壓力機。
（11）單動壓力機：指只有一個滑塊的壓力機。
（12）雙動壓力機：指具有內、外兩個滑塊的壓力機。外滑塊用于壓邊，內滑塊用于拉深。
（13）上傳動壓力機：指傳動機構設在工作臺以上的壓力機。
（14）下傳動壓力機：指傳動機構設在工作臺以下的壓力機。
3.曲柄壓力機的技術參數
曲柄壓力機的基本技術參數表示壓力機的工藝性能和應用范圍，是選用壓力機和設計模具的主要依據。曲柄壓力機的基本技術參數如下。
（1）公稱壓力（kN）：公稱壓力是指當滑塊運動到距下死點前一定距離（公稱壓力行程）或曲柄旋轉到下死點前某一角度（公稱壓力角）時，滑塊上允許的最大工作壓力。
（2）滑塊行程：滑塊行程是指滑塊從上死點運動到下死點所走過的距離，它的大小和壓力機的工藝用途有很大的關系。
（3）滑塊行程次數：滑塊行程次數是指滑塊空載時，每分鐘上下往復運動的次數。有負荷時，實際滑塊行程次數小于空載次數。對于自動送料曲柄壓力機，滑塊行程次數越高，生產效率就越高。
（4）裝模高度和封閉高度：壓力機裝模高度（GB8845—88稱為閉合高度）是指在壓力機滑塊處于下死點位置時，滑塊下表面到墊板上表面的距離。當裝模高度調節裝置將滑塊調整到最上位置時（即當連桿調至最短時），裝模高度達最大值，稱為最大裝模高度。當裝模高度調節裝置將滑塊調整到最下位置時（即當連桿調至最長時），裝模高度達到最小值，稱為最小裝模高度。模具的閉合高度應小于壓力機的最大裝模高度。裝模高度調節裝置所能調節的距離，稱為裝模高度調節量。例如J31-315型壓力機的最大裝模高度為490mm，裝模高度調節量為200mm。和裝模高度并行的參數還有封閉高度（JB1395-74），所謂封閉高度是指滑塊在下死點時，滑塊下表面到工作臺上表面的距離，它和裝模高度之差即為墊板的厚度。
（5）工作臺尺寸和滑塊底面尺寸：這些尺寸與模具外形尺寸及模具安裝方法有關。
（6）模柄孔尺寸：當模具需要用模柄與滑塊相連時，模具的模柄尺寸應與滑塊內模柄孔的尺寸相協調。
除上述參數外，喉口的深度、漏料孔的尺寸等也是模具設計時所必須考慮的。
表1.5是常用的開式可傾壓力機的主要結構參數。
表1.5 開式可傾壓力機的主要結構參數
1.4.2 液壓機
液壓機工作平穩，壓力大，操作空間大，設備結構簡單，在沖壓生產過程中廣泛應用于拉深、成型等工藝過程，也可應用于塑料制品的加工過程。
1.液壓機的結構及工作過程
液壓機是根據帕斯卡原理制成的，它利用液體壓力來傳遞能量，液壓機的結構如圖1.10所示。工作時，模具安裝于活動橫梁4和下梁6之間，主缸3帶動活動橫梁4對模具加壓；工作結束時，主缸3回復，打開模具，需要時頂出缸7可將工件頂出。液壓機的工作行程長，并在整個行程上都能承受公稱載荷，不會發生超負荷的危險，但工作效率低。
圖1.10 液壓機結構
1-充液罐；2-上梁；3-主缸及活塞；4-活動橫梁；5-立柱；6-下梁；7-頂出缸
2.液壓機型號的表示方法
液壓機的型號表示方法與曲柄壓力機的型號表示方法相類似，其具體表示方法如下。
其中通用特征代號為：
例如YA32-315型號的意義是：
第一個字母為類的代號，“Y”表示液壓機。
第二個字母代表同一型號產品的變型順序號。
第三、四個數字為列、組代號，“32”表示四柱液壓機。
橫線后的數字代表主參數，“315”表示公稱壓力為315tf。
3.液壓機的技術參數
現以三梁四柱式液壓機為例，液壓機的基本參數如下：
（1）公稱壓力（公稱噸位）：公稱壓力是指液壓機名義上能產生的最大力量，在數值上等于工作液體壓力和工作柱塞總工作面積的乘積，它反映了液壓機的主要工作能力。
（2）最大凈空距（開口高度）：最大凈空距是指活動橫梁停止在上限位置時，從工作臺上表面到活動橫梁下表面的距離，如圖1.11中的H。最大凈空距反映了液壓機高度方向上工作空間的大小。
（3）最大行程：最大行程是指活動橫梁能夠移動的最大距離，如圖1.11中的S。
（4）工作臺尺寸（長×寬）：工作臺尺寸是指工作臺面上可以利用的有效尺寸，如圖1.11中的B與T。
圖1.11 基本參數示意圖
（5）回程力：回程力由活塞缸下腔工作面積或單獨設置的回程缸來實現。
（6）活動橫梁運動速度（滑塊速度）：可分為工作行程速度、空行程速度及回程速度。工作行程速度由工藝要求來確定，空行程速度及回程速度可以高一些，以提高生產效率。
（7）允許最大偏心距：允許最大偏心距是指工件變形阻力接近公稱壓力時所能允許最大偏心值。
（8）頂出器公稱壓力及行程：有些液壓機下橫梁裝有頂出器，其壓力和行程可按工藝要求確定。
1.4.3 摩擦式壓力機
摩擦式壓力機是利用摩擦盤與飛輪之間相互接觸，傳遞動力，并根據螺桿與螺母相對運動，使滑塊產生上下往復運動的鍛壓機械。
圖1.12所示為摩擦壓力機的傳動示意圖。其工作原理為：電動機1通過V形傳動帶2及大帶輪把運動傳遞給橫軸4及左右摩擦盤3和5，使橫軸與左右摩擦盤始終在旋轉，并且橫軸可允許在軸內做一定的水平軸向移動。工作時，壓下手柄13，橫軸右移，使左摩擦盤3與飛輪6的輪緣相壓緊，迫使飛輪與螺桿9順時針旋轉，帶動滑塊向下做直線運動，進行沖壓加工。反之，手柄向上，滑塊上升。滑塊的行程用安裝在連桿10上的兩個擋塊11來調節。壓力的大小可通過手柄下壓多少控制飛輪與摩擦盤的接觸松緊來調整。實際壓力允許超過公稱壓力25%～100%，超負荷時，由于飛輪與摩擦盤之間產生滑動，所以不會因過載而損壞機床。由于摩擦壓力機有較好的工藝適應性，結構簡單，制造和使用成本較低，因此特別適用于校正、壓印、成型等沖壓工作。
圖1.12 摩擦壓力機的傳動示意圖
1-電動機；2-V形傳動帶；3、5-摩擦盤；4-橫軸；6-飛輪；7-杠桿；8-螺母；9-螺桿；10-連桿；11-擋塊；12-滑塊；13-手柄
1.4.4 沖壓設備的選擇
沖壓設備的選用主要包括選擇壓力機的類型和確定壓力機的規格。
1.類型的選擇
沖壓設備的類型較多，其剛度、精度、用途各不相同，應根據沖壓工藝的性質、生產批量、模具大小、制件精度等正確選用。
對于中小型的沖裁件、彎曲件或拉深件的生產，主要應采用開式機械壓力機。雖然開式壓力機的剛性差，在沖壓力的作用下床身的變形會破壞沖裁模的間隙分布，降低模具的壽命或沖裁件的表面質量，可是由于它提供了極為方便的操作條件和非常容易安裝機械化附屬裝置的特點，因此使它成為目前中小型沖壓設備的主要形式。
對于大中型沖裁件的生產多采用閉式結構形式的機械壓力機。在大型拉深件的生產中，應盡量選用雙動拉深壓力機，因其可使所用模具結構簡單，調整方便。
在小批量生產中，尤其是大型厚板沖壓件的生產多采用液壓機。液壓機沒有固定的行程，不會因為板料厚度變化而超載，而且在需要很大的施力行程加工時，與機械壓力機相比具有明顯的優點。但是，液壓機的速度慢，生產效率低，而且零件的尺寸精度有時會受到操作因素的影響而不十分穩定。
摩擦壓力機具有結構簡單、不易發生超負荷損壞等特點，所以在小批量生產中常用來完成彎曲、成型等沖壓工作。但是，摩擦壓力機的行程次數較少，生產效率低，而且操作不太方便。
在大批量生產或形狀復雜零件的生產中，應盡量選用高速壓力機或多工位自動壓力機。
2.規格選用
確定壓力機的規格時應遵循如下原則：
（1）壓力機的公稱壓力必須大于沖壓工序所需壓力，當沖壓行程較長時，還應注意在全部工作行程上，壓力機許可壓力曲線應高于沖壓變形力曲線。
（2）壓力機滑塊行程應滿足制件在高度上能獲得所需尺寸，并在沖壓工序完成后能順利地從模具上取出來。對于拉深件，行程應大于制件高度兩倍以上。
（3）壓力機的行程次數應符合生產率和材料變形速度的要求。
（4）壓力機的閉合高度、工作臺面尺寸、滑塊尺寸、模柄孔尺寸等都能滿足模具的正確安裝要求。對于曲柄壓力機，模具的閉合高度與壓力機閉合高度之間要符合以下公式。
Hmax-5mm≥H+h≥Hmin+10mm
式中
H——模具的閉合高度，mm；
Hmax——壓力機的最大閉合高度，mm；
Hmin——壓力機的最小閉合高度，mm；
h——壓力機的墊板厚度，mm。
工作臺尺寸一般應大于模具下模座50～70mm，以便于安裝；墊板孔徑應大于制件或廢料的投影尺寸，以便于漏料；模柄尺寸應與模柄孔尺寸相符。