先进材料成型设备现状及展望_中国制造的现状及展望

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先进材料成型设备现状及展望

摘要：本文首先概述国内外的先进材料成型设备的种类及液压机应用场合, 工作原理, 分类及特点, 然后对国内外液压机的技术现状进行了综述, 最后对液压机技术发展趋势进行了展望。

关键词：成型设备，压力机；液压机；展望 1 前言

目前材料成型设备有着许许多多的种类，如：

（1）螺旋压力机：一般螺旋压力机的下部都装有锻件顶出装置。螺旋压力机兼有模锻锤、机械压力机等多种锻压机械的作用，万能性强，可用于模锻、冲裁、拉深等工艺。此外，螺旋压力机，特别是摩擦压力机结构简单，制造容易，所以应用广泛。螺旋压力机的缺点 1.手工操作 2.误差大 3.制作质量不稳定，废品率高。

曲轴压力机，是一种最常用的冷冲压设备，用作冷冲压模具的工作平台。其结构简单，使用方便。

在曲柄压力机中，滑件安装在曲柄轴上，由于曲柄轴的旋转而在一定行程内竖直往复，并且向冲模冲压工件以成形所需产品。本发明的曲柄压力机包括具有V形缩进部分的滑件以在两边框间进行竖直往复运动；和导轨(G1、G2)，其表面对应缩进部分突出，从而，滑件可沿边框上的导轨无空隙地上下滑动。主要缺点： 1.滑块运动为固定曲线 2.不易调模，试模

3.压力行程，冲击速度高，模具寿命低。4.离合器，制动器不可靠

塑料挤出机：在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。塑料挤出机经过100多年的发展，已由原来的单螺杆衍生出双螺杆、多螺杆，甚至无螺杆等多种机型。塑料挤出机（主机）可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板（片）材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。因此，塑料挤出成型机械无论现在或将来，都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一。

压铸机

压铸机就是在压力作用下把熔融金属液压射到模具中冷却成型，开模后得到固体金属铸件的一系列工业铸造机械，最初用于压铸铅字。随着科学技术和工业生产的进步，尤其是随着汽车、摩托车以及家用电器等工业的发展，又从节能、节省原材料诸方面出发，压铸技术已获得极其迅速的发展。

液压机液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机除用于锻压成形外，也 液压机可用于矫正、压装、打包、压块和压板等。液压机包括水压机和油压机。以水基液体为工作介质的称为水压机,以油为工作介质的称为油压机。液压机的规格一般用公称工作力（千牛）或公称吨位（吨）表示。锻造用液压机多是水压机，吨位较高。为减小设备尺寸，大型锻造水压机常用较高压强（35兆帕左右），有时也采用 100兆帕以上的超高压。其他用途的液压机一般采用 6～25兆帕的工作压强。油压机的吨位比水压机低。下面将介绍液压机的现状及发展展望

2.液压机的特点及分类

液压机作为一种通用的无削成型加工设备，其工作原理是利用液体的压力传递能量以完成各种压力加工的。其工作特点一是动力传动为“柔性”传动，不象机械加工设备一样动力传动系统复杂，这种驱动原理避免了机器过载的情况；二是液压机的拉伸过程中只有单一的直线驱动力，没有“成角的”驱动力，这使加工系统有较长的生命期和高的工件成品率。液压机有单动、双动、三动三种基本的动作方式。在单动方式中，压头(或滑板)作为移动部件单向移动完成压制过程。这种工作方式没有压边装置。单动压力机主要用于薄型工件成型中，适用于卷材和带型材料。双动型压力机有两个移动部件：滑板(或冲头)和模板。其工作过程是，冲头(或滑板)自上而下拉伸冲料，模板充作固定压板。在压制成型后，模板能实现打料顶出功能。可根据材料和工件的特征参数来调整模板的压力。三动型压力机中，深拉伸滑块和压边滑块自上而下移动，由模板实现打料动作。但是，模板也可以充作压边块来实现专门的成型操作。这种压力机也可以做双动机用。由于内滑板和压边块相关连，因此，成型压力和压边力合成整个系统的总负载。按照机架结构形式液压机可分为梁柱式、组合框架型、整体框架式、单臂式等。按照功能用途液压机可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正、压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机、专用液压机十组类型。

3.国内外液压机技术发展状况

由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量相对较低，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。

在国内外液压机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种是应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压机。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。

(1)继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产(如餐具、厨具产品等)，其也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。现在，国内许多液压机厂家是以这种机型为主，使用对象多为小型加工厂，或加工精度要求不高的民用产品。国外众多厂家只是保留了对这种机型的生产能力，而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产。

(2)可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛的应用于各种生产机械以及自动化生产过程中。随着技术的不断发展，可编程序控制器的功能更加丰富。早期的可编程序控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制。后来一些厂家开始采用微电子处理器作为可编程序控制器的中央处理单元(CPU)，从而扩大了控制器的功能，使其不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，可编程控制器控制方式是介于继电器方式和工业控制机控制方式之间的一种控制方式。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，但在功能方面与工业控制机相比有一定差异。现在，国内有些厂家采用可编程控制器控制方式，如我公司液压机有近60%的产品装有PLC。通过采用PLC控制，使系统的控制性能和可靠性大大提高。国外厂家如丹麦的STENHQJ公司采用了SIEMENS的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。

(3)工业控制机控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。这种控制方式以工业控制机或单片/单板机作为主控单元，通过外围接口器件(如A/D，D/A板等)或直接应用数字阀实现对液压系统的控制，同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统，达到精确控制的目的。这种控制方式的主要特点如下：

①具有友好的人机交互性，操作简单。如：BROWN BOGGS公司的产品，可通过数字面板显示输入压力、快进和回程速度、压制速度及保压/停机时间参数，极大减轻了劳动强度。

②控制精度高。数字控制的行程长度及工作行程与传统的机械式的行程开关控制相比，精度有极大的提高。一般控制精度可达到0.05mm

［2］。

③易于实现高速化，提高生产效率。如美国的FERRA公司通过采用电子微处理控制方式，工作循环比以前快60%。

④可顺利实现对工作参数(压力、速度、行程等)的单独调整。通过对控制参数的单独控制，调整被加工材料的流动，能进行复杂工件、不对称工件的加工。

⑤预存工作模式，可对不同工件的工艺过程、工艺参数预先存储和重复调用，缩短调整时间。这与柔性加工要求相适应。

⑥对高速下的换向冲击可利用软件来消除，以降低噪声，提高系统的稳定性。

⑦在安全方面，可利用软件进行故障预诊断，并自动修复故障和显示错误。如STENHQF的机型和BROWN BOGGS公司都有此项功能。

⑧易实现生产线的集成控制，组成柔性生产线及与上位机进行通讯和实现调度控制。

现在，国外众多液压机生产厂家生产这种高性能的工业控制机控制方式的液压机产品，如美国MULTIPRESS，丹麦STENHQJ及加拿大的BROWN BOGGS等公司。正是因为采用这种先进的控制方式，使整机的控制性能，生产效率都有很大提高。而与国外发展情况相比，国内极少有采用工业控制机控制方式的产品，成熟的产品是采用可编程控制器(PLC)的控制方式。

作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距。主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。

在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计。插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已开始广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因，国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护，如BROWN BOGGS产品可实现负载检测、自动模具保护以及错误诊断等功能。

4.中国液压机行业发展现状

迄今为止，我国锻压机床经半个多世纪的发展，通过国家经济建设“七五”、“八五”、“九五”、“十五”规划的实施，已经从只能生产单机（诸如各种普通、专用压力机、液压机、锤）发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线，大重型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种锻压机床。

一、板材加工装备

在汽车、航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件。特别是汽车行业的生产要求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入21世纪，我国汽车制造业飞速发展，面对这一形势，我国的板材加工工艺及设备有了长足发展。

（一）重型机械压力机及覆盖件生产线、大型多工位压力机

汽车覆盖件是标志汽车质量的最重要钣金零件，它的生产，目前主要有两种方法：

①由多台大重型机械压力机配以自动化机械手，组成自动化柔性冲压生产线。

②应用大型多工位压力机生产。（1）单机连线自动化冲压生产线（2）（2）大型多工位压力机

（二）数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线

我国的数控冲（剪、折）机床始于1982年，这20多年来，经过起步、成熟、快速发展和日臻完善的四个阶段，由最早的机械驱动、三轴控制、模位在30以内、辅助功能少，发展到四轴控制、辅助功能增多、模位数增大并带两个自转模位，进一步发展为液压驱动四、五轴控制，现在已出现网络式数控转塔冲床。（1）数控冲床

（2）数控冲剪复合机及柔性加工线（3）数控折弯机

（4）数控框架板料冲压液压机

（三）板材无模多点成形压力机

多点成形是将柔性成形技术和计算机技术结合为一体的先进技术。它利用多点成形装备的柔性与数字化制造特点，无需换模就可完成板材不同曲面的成形，从而实现无模、快速、低成本生产。该工艺目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑物内外饰板成形及医学工程等领域，得到广泛应用。

（四）数控激光切割机

激光切割加工的成本主要有：气体、电力损耗，设备折旧维修费。它不需要模具，适合加工小批量、复杂零件，其运转成本低于数控冲床。

5.发展趋势

1.高速化, 高效化, 低能耗。提高液压机的工作效率, 降低生产成本。

2.机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。3.自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工, 应能够实现对系统的自动诊断和调整, 具有故障预处理的功能。

4.液压元件集成化, 标准化。集成的液压系统减少了管路连接, 有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。参考文献: [1]http://www.daodoc.com/web6/news/view/id/27