冲床的发展动向
在持续严峻的经济环境中，无切削成形是企业与对手拉开
距离和竞争中胜出的有力手段，而且环保是 21 世纪的主题，作
为环保的加工方法将是主要的发展方向。无切削成形中高精度、
高附加值形状的成形是不可或缺的，为了实现这些要求就必须
了解从材料到成品的全过程综合技术。冲床就其中一个重要的
技术要素。本文将介绍机械式冲床的基本特性及近年来开发出
来的适用于各种成形技术的高精度多功能冲床的发展方向。
冲床的基本特性
图 1 所示为机械冲床的特性与产品精度的关系。冲床的特性主
要有两个，一是刚性，它包括纵向刚性—滑块与工作台的拱曲
和机架的弹性伸长；以及横向刚性—偏心负荷影响下滑块的水
平移位。其二为滑块的运动特性，包括垂直度、平行度、直线
度等，对产品的精度有很大的影响。产品的精度不是只与冲床
有关，它与材料、模具、润滑等都有关，不能只考虑某一因素。
从冲床的要素来考虑，产品的厚度方向的精度与纵向刚性有关，
而偏差、弯曲或平行度则与横向刚性及运动曲线特性有关。所
以提高这些特性，产品精度可提高、模具寿命延长、生产的稳
定性也能提高。
图 1：冲床的特性与加工产品精度的关系
根据成形法、成形速度、生产性等选用冲床时，就必须考虑冲
床的这些特性。依据驱动机构的不同，机械式冲床有：冲压加
工中应用最广泛的曲轴式冲床，下死点附近速度最慢的肘杆式
冲床，以及滑块速度在下死点以上很高位置就开始减慢且具有
很高扭矩能力的连杆式冲床。图 2 是这些滑块驱动机构的概念
图，图 3、4 是其各自的扭矩能力特性图及滑块速度特性图。
图 2：机械式冲床的驱动机构
图 3：冲床的扭矩特性
图 4：滑块的速度特性
选用锻造冲床时，以生产性为重时就选用曲轴式冲床；如果追
求下死点附近的成形性就选用肘杆式冲床；若需要很高位置上
的成形或闭塞锻造的话就选用连杆式冲床。
为了实现无切削成形，对冲床的功能要求越来越高。冲压机械
的发展趋势正向高精度、高刚性、合适的滑块运动特性、智能
化、多方向运动、甚至环保方向发展。
机械式冲床的发展趋势
◆ 通用冲床的高刚性、高机能化
原本作通用机用的 C 形冲床（图 5）也追求高精度、高机能化，
由此开发出一体型龙门冲床（图 6）；带 AIDA 连杆驱动机构且
在下死点附近速度很慢而 SPM 不受影响的连杆式冲床（图 7）。
此连杆式冲床在驱动齿轮与曲轴间介入了两个偏心的连杆，当
驱动齿轮转动时，由于连杆的连结角度变化，曲轴就做不等速
运动。此连杆机构与其它的连杆机构不同的是受压部的连接点
少而综合间隙小。如图 8 所示，连杆式机构比肘杆式机构的扭
矩能力高，可实现在下死点更高位置的成形。
图 5：C 形冲床 图 6：龙门式冲床 图 7：连杆式冲床的构造图
图 8：垂直连杆式冲床
◆ 垂直连杆式（VL）驱动方式
针对机械式冲床高精度、高刚性的要求开发出了如图 8 所示的
垂直连杆式冲床(VL 系列)，图 9 所示为其驱动方式。VL 驱动方
式是在普通的肘杆式机构中加上垂直连杆和支点连杆共二支连
杆，使加工中直接与滑块连接的连杆基本保持垂直状态，使成
形载荷能通过垂直连杆垂直传递的驱动方式。
图 9：VL 驱动方式和肘杆式驱动方式
普通机械冲压机由于连杆是斜压在滑块上，使滑块受很大的不
良横向力，因此，这种驱动方式比普通驱动方式具有更高的精
度，更加适合于高精度加工。图 10 为普通冲压机的受力图。下
死点上方 5mm 位置，普通肘杆式冲压机的滑块受到横向力约占
成形力的 10%，而 VL 的不会超过 1%。这种冲压机适用于要求
上下模具对中性高的加工。
图 10：不同驱动方式侧向力的比较
◆ 滑块连杆式（SL）驱动方式
SL 驱动方式和 VL 驱动一样是一种作用于滑块上的侧向力几乎
为零的驱动方式，但其行程可以做的更长，适用于下死点以上
更高的位置上开始速度变化很少的挤压加工。驱动方式如图 10
所示曲轴与揺动连杆滑动连接，滑块通过连杆与摇动连杆机构
连结。这种连杆机构保证连杆在工作中保持基本垂直状态。
如图 10 所示下死点上 35mm 的位置上，肘杆式冲床的侧向力为 29
%而 SL 冲床只有 %。
垂直连杆式冲床多用于顺送加工，但在形状复杂的成形中，也
有用如图 11 所示的先用顺送加工，后半部分用多工位搬送的复
合方式进行加工。搬送装置可用各种各样，如吸盘式或夹爪式
的三维伺服多工位搬送装置等。
图 11. 顺送加工与多工位搬送加工的复合成形
数控冲床
数控冲床具有 CNC 控制系统，能根据加工方法的需要任意设定
滑块的运动方式和速度。
▲ 螺杆式数控冲床
伺服工作机（图 12）是使用 AC 伺服马达通过螺杆驱动滑块的，
成形中下死点的位置可通过位置读取装置提供数据给位置控置
装置进行控制。因此，机械的热膨涨和弹性变形不会影响产品
的精度，如图 13 所示可以调整出最适合的滑块运动方式及以极
其微小的单位控制下死点的位置。所以适用于高精度高机能的
无切削成形螺杆式伺服冲床采用油压马达和储能器进行扭矩控
制的形式，下死点的位置控制可达到微米级，是节省能源且有
环保要求的机种。
图 12：AC 伺服冲床的构造
图 13：滑块运动模式的举例
▲ 曲轴式伺服冲床
曲轴式冲床与 AC 伺服马达组合起来的数控冲床如图 14 所示。
这种冲床是用伺服马达代替原来冲床上的离合制动器和飞轮。
这种冲床具有滑块运动模式可任意设定的伺服冲床的特点，同
时具有如图 3 普通机械式冲床的扭矩特点。但其工作能量在低
速区不会降低。
图 14：数控冲床
▲ 复动成形冲床
复动成形是无切削成形的有力手段。在冷间锻造中的闭塞锻造
就是一个例子，是通过控制多个冲头、凹模的动作和时间图来
达到控制材料塑性流动的目的。制品的精度和成形性可得到提
高，甚至可以缩短工序数量。
复动成形粗略可分为两大类：重视冲床的通用性使用复动模架
的复动成形；多品种生产用模具装拆容易的使用复动冲床的成
形。最近不仅在锻造加工上，同时在板金成形与锻造的复合成
形的多样化及能力的提高的同时，要求冲床不仅具有多动作性
能，还须具备高的通用性。
▲ 闭塞锻造冲床
星形轮及十字连轴节的成形已普遍利用闭塞锻造模具及通用锻
造冲床。其模具结构如图 15 所示具有闭塞机能和协调机能。其
它可节省模具装配时配管时间的闭塞锻造冲床可分成两类：这
些功能全在冲床里（图 16)和上下油缸在冲床上而协调机构在模
座上两种形式。
图 15：滑块协调式的闭塞锻造模具
图 16：滑块协调式闭塞锻造冲床
▲ 板材锻造冲床
随着板材锻压成形的普及，要求锻造冲床能进行拉深成形或缩
短工程数，因此要求滑块和工作台必须带油缸。原来的闭塞锻
造几乎都是采用高能力的常压动作，板材锻造除了要求与工法
相适应的常压动作之外，还要求带有顺序动作、自锁等功能。
图 17 是外形带齿形的产品。这是由如图 18 所示的模具成形的，
模芯比凸模先进入凹模中，反顶杆提供背压进行正挤压动作。
图 17：带齿形杯状
图 18：杯状物的正挤压模具
▲ 齿轮成形用冲床
螺旋齿轮成形用复动油压冲床如图 19 所示。这种冲床共有滑动
驱动用、滑块内 2 个、工作台内 2 个，共５个驱动源全部合用 1
个油压式驱动装置。
图 19：齿轮驱动式油压复动冲床
成形的初期阶段与常压顶杆方式的内圈锻造成形一样，凸模插
入闭塞中的凹模齿形空间，材料从下方开始流动进行初成形。
在这种状态下，模芯上升，材料中心的模芯直径由粗变细。此
时工件内径部又有了新的空间，可以产生新的塑性流动，所以
加大压力材料就可充满齿形的先端部位。其模具结构如图 20 所
示。图 21 是用此方法加工出来的产品，加工压力只有 1300 M
pa，齿形部的塌角及毛剌极小。利用复动成形对材料流动进行控
制成形出来的齿轮可达 JIS3~4 级，这非常接近于高附加值的无
切削成形。
