新型高效液压冲压设备的研制

王鹏超 苏元飞 徐 慧

（1.台州职业技术学院，台州 318000；2.台州百思哲企业管理咨询有限公司，台州 318000）

液压技术作为一种应用广泛的工程技术，凭借质量轻、结构紧、惯性小、无级调速范围广、响应迅速等众多优点，近年来得到了迅猛发展。随着科技的进步和人们对环境保护的重视，液压技术的发展方向在不断调整和优化。在工程机械领域，液压技术已经实现了从小型设备到大型设备，从陆地、海洋到天空的全方位应用[1]。在航空航天、船舶制造等领域，液压技术发挥着重要作用，同时在新能源、环保等领域也取得了显著成果，如太阳能发电、风力发电等。

1 技术背景及应用现状

早期的液压机笨重、结构复杂且效率低下，通常由大型钢构件制成，需要大量的人力和物力进行操作和维护。由于科技水平有限，这些设备的性能也受到了很大限制，不但速度慢、精度低，而且容易发生故障。尽管存在很多缺点，液压机在工业生产中还是发挥了重要的作用，主要用于金属加工，如锻造、冲压和焊接等。

随着科技的进步和社会的发展，液压机发生了翻天覆地的变化。现代的液压机以轻便、高效和精确的特点受到大众欢迎，它们主要由高强度合金或钢材制成，结构更加紧凑，操作更加简单[2]。此外，现代的液压机还引入许多先进的技术，如自动化、智能化和数字化等，大大提高了其性能和效率。例如，现代的液压机可以自动调整压力和速度，以满足不同的生产需求，还可以通过计算机控制系统进行精确的操作，从而保证产品的质量和一致性。

液压冲压技术在各个领域都有着广泛的应用。在汽车制造领域，液压冲压技术被用于生产车身结构件、发动机零部件等。在航空航天领域，液压冲压技术被用于生产飞机机身、火箭发动机等重要部件。在建筑领域，液压冲压技术被用于生产钢筋混凝土构件等。同时，液压冲压技术还在电子、医疗、能源等领域得到了大力推广。

2 液压机工作原理及优点

液压冲压是一种利用液体在密闭容器中产生的压力来驱动机械运动的制造工艺，其基本原理是通过将液体注入一个密闭的缸体，使液压力增大，从而驱动活塞或柱塞等部件运动，进而实现对金属板材的加工。当液体被注入一个密闭的缸体时，其体积不变，但质量增加，从而产生较大的液压力。液压力的大小与液体的密度、重力加速度以及液体被压缩的程度有关。在液压缸中，液压油被推动，通过调节液体的注入速度和压力来驱动模具和切割的刀具运动，以完成零部件和成品的成形与加工，实现对金属板材的精确加工[3]。目前，高效的液压冲压设备还可以与计算机数控技术结合使用，从而实现更高精度和更快速的生产目标。计算机数控技术可以将设计图转化为冲压程序，并通过计算机控制液压系统的运作，达到精确的操作和工艺控制。

液压冲压技术具有很多优点。第一，高效性。液压冲压过程中，液体的压力是连续可调的，可以实现对金属板材的高速加工。第二，高精度性。液压冲压过程中，液压力的控制非常精确，可以实现对金属板材的高精度加工。第三，环保性。在加工过程中，采用液压冲压技术不会产生大量的切屑和废料，对环境的影响较小。

3 液压机设计步骤及要点

全自动高效液压冲压设备的设计原理主要是利用先进的控制技术和传感器技术，实现对设备的自动化控制和精确操作。一方面，通过传感器获取设备的运行状态信息，然后通过控制器处理这些信息，实现对设备的自动控制。另一方面，通过优化设备的结构和工作方式，提高设备的操作精度和工作效率。

液压机的主要设计步骤如下。首先，需要对市场进行深入调研，了解用户对液压冲压设备的需求，明确设备的功能和性能指标。其次，根据需求分析的结果设计出多种可能的方案，然后通过比较和评估选择最优的设计方案。再次，设计方案确定后，对设备的各个部分进行详细设计，包括设备的结构设计、电气设计和控制系统设计等。最后，在完成详细设计后，进入制造设备阶段，并进行严格的测试，确保设备的性能达到设计要求。

全自动高效液压冲压设备需要注意以下3 个设计要点。第一，自动化控制。全自动高效液压冲压设备的核心是自动化控制技术，设计出能够自动识别、处理和执行任务的控制系统。第二，精确操作。采用高精度的传感器和执行器提高设备的操作精度，同时优化设备的结构和工作方式。第三，节能环保。在设计和制造设备时，考虑设备的节能环保性能，尽可能减少能源消耗和环境污染问题。

4 项目总体技术方案

项目研发的多模式高效高性能液压冲压设备是一套一体化、自动化的数控加工设备，其目的是满足各种形状产品的灵活生产[4-5]。通过设备内部优化及全自动出料装置设计，实现整个生产过程的高度自动化，同时提高设备的可操作性，大幅降低设备的能耗。通过设计研发设备冲压机构，实现一出四的效果，大大提升了设备效率。在成品冲压中，通过压模等组件结构设计，使得产品一次成形，没有多余的飞边，不仅免去传统方法的分步加热、切割、冲压、去飞边等工序，而且大幅节省了原材料，提升了压制件的产品性能和合格率。

4.1 高效一出四液力冲压装置

本项目的冲压机构由上冲压装置和下冲压装置组成，其中上冲压装置包括上套接主轴，下冲压装置包括下套接主轴。上套接主轴下端与上行星减速器连接，从下至上分别套接上环形托架、上偏心凸轮结构、上固定支架和上轴承。上偏心凸轮结构包括设于上套接主轴上的上偏心凸轮及设于上偏心凸轮外的上连接盘。连接盘上连接多组上连杆。上连杆的端部连接架设于环形托架上的滑块，其端部均连接上模具。上套接主轴的端部通过上轴承连接上飞轮。下套接主轴上端部与减速器连接，从上至下分别套接下环形托架、下偏心凸轮结构、下固定支架和下轴承。下偏心凸轮结构包括设于下套接主轴上的下偏心凸轮及设于下偏心凸轮外的下连接盘，其上连接有多组下连杆[6-7]。下连杆的端部连接有架设于下固定支架上的下滑块，各下滑块的端部均连接下模具。下套接主轴的端部通过下轴承连接有下飞轮。

本技术基于一个动力系统安装多个冲压装置，在上飞轮、下飞轮转动一圈时，可以完成多次不同模具的冲压作业。设备包含双层冲压结构，可以实现4 个不同工位状态下同时运行，大大节省了工作时间，达到高效利用空间和时间的效果。该技术还可以将多种不同形状的工件合理设计后整合到多个模板上，一次性冲压4 种不同形状的工件，从而使材料达到最大利用率，节省材料。

4.2 全自动出料优化

为了解决传统的液压冲压设备在出料环节往往需要人工操作的问题，设计一种液压冲压设备自动出料系统。该系统能够实现出料全程自动化，排除人工操作，从而减少了人工劳动强度并提高了工作效率，同时也有效避免了操作人员直接与高温坯料接触，消除了安全隐患。自动出料系统主要由机柜、挤压机构、定模、进料机构、导柱、动模和加压机构等部分组成[8]。其中，挤压机构位于机柜底部，定模位于挤压机构顶部，进料机构位于定模一侧。4 个垂直固定在机柜顶部与定模之间并两两对称排列的导柱，活动设置在4 个导柱间的动模，以及位于机柜顶部上方并能驱动动模上下移动的加压机构，共同构成自动出料系统的基本框架。主机通过水平仪调平后，使用6 组地脚螺栓固定，必要时使用垫块，以确保主机的稳定性，防止在工作过程中因振动等原因导致设备移位或者损坏。当机组动模与定模契合后，接料斗左移到底，驱动第二气缸的伸缩端向外伸出，借助推头推动滚轮，同时借助V 形块带动扭力轴转动一定角度，进而带动挡板向下摆动以离开出料口。此时的阀门坯料沿挡板下滑到出料槽中，最终向外输出实现自动出料。

4.3 智能监测报错技术

在设备主机4 个工位旁边安装齿轮编码器来检测冲头进给距离，同时在各个关键位置由检测器进行环境监测，如炉温检测、温度筛选、铜料长度筛选和油温检测等。通过机组的控制系统读取参数，一旦出错，系统会发出提醒警报，再根据预设策略进行处理。

4.4 设备工作状态仿真及结构优化

通过采用结构强度力学分析和模态分析相结合的有限元分析方法，进行产品核心部件的工作状态仿真及结构优化设计，实现完整工作过程在数值模拟中的“可视化”[9]。有限元分析方法可以在样机研发初期通过实验获取与实际工况一致的边界条件，建立有限元分析模型，模拟装配作业中各零件的实际工作状态，从结构静力学和模态两个角度进行结构强度分析，根据分析结果综合评判机械结构强度，并进行优化设计。同时，从运动学角度分析计算供料系统零件，确定最优送料方案。运用有限元法分析装配结构，不仅能够缩短设计周期，提高设计水平和效率，而且可以极大地降低研发成本。

5 结语

与传统加热工艺能耗相比，一体化提升热锻炉的设计节能效果良好。通过设备生产全自动化和智能检测报错设计，实现了液压冲压设备出料全程自动化，可以减少劳动强度，提高工作效率，避免操作人员直接接触高温原材料，消除安全隐患。通过研发一出四液力冲压设备关键技术，在一个动力系统上安装多个冲压装置，可以完成多次不同模具的冲压作业，实现设备在完全密闭的空间内一次成型，一模四出，生产效率提升2.5 倍以上。随着科技的发展，液压冲压技术也在不断进步，未来的液压冲压技术将更加智能化、自动化。此外，随着新材料的研究和应用，液压冲压技术还将拓展到更多领域，创造更多价值。