精密模鍛設(shè)備的選擇

文/王衛(wèi)東·安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)有限公司

精密模鍛設(shè)備的選擇

文/王衛(wèi)東·安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)有限公司

隨著汽車、航天航空等現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)大批量精密模鍛件需求越來越多，要求也越來越高，正確選擇應(yīng)用精密模鍛成形設(shè)備越來越重要。

精密模鍛件精度要求主要有兩個(gè)方面，即尺寸精度和重量精度。在模鍛生產(chǎn)線上，影響鍛件精度的因素很多，如下料精度、加熱溫度等因素，但鍛造主機(jī)以外的環(huán)節(jié)都比較好控制，用于終鍛成形的主機(jī)制造精度和功能精度對(duì)鍛件精度影響最大。因此，選擇合適的鍛造成形主機(jī)是保證精密成形效果的關(guān)鍵。

用于模鍛成形的設(shè)備主要有模鍛錘、螺旋壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)和液壓機(jī)。模鍛錘相比其他設(shè)備，其主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

⑴打擊速度高。模鍛錘打擊速度一般為5～6m/s，是其他設(shè)備成形速度的10倍左右。鍛造變形速度越快，鍛造變形阻力越小。因此，模鍛錘特別適合鍛造薄壁類及形狀復(fù)雜類鍛件的成形。

⑵抗偏載能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)多模腔鍛造。由于有此功能，一臺(tái)模鍛錘主機(jī)可以完成制坯、預(yù)鍛成形和終鍛成形等復(fù)雜零件的工序。

⑶打擊頻次極高。小噸位鍛錘打擊頻次為60次/min以上，大噸位鍛錘為50次/min以上。高頻次鍛造實(shí)現(xiàn)了高效率生產(chǎn)。

⑷力能比大，鍛造范圍廣。由于模鍛錘主要靠沖擊動(dòng)能來做功，錘頭系統(tǒng)通過工作缸介質(zhì)對(duì)錘桿活塞不斷加速獲得最終能量。由于加速過程中沒有機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)傳遞力的限制，因此，可獲得極大的打擊力。對(duì)于模鍛錘來說，小錘可以干大活，因此，模鍛錘“萬能設(shè)備”的稱號(hào)名副其實(shí)。

模鍛錘要能夠達(dá)到精鍛設(shè)備的要求，必須達(dá)到三點(diǎn)要求：

⑴有高的導(dǎo)向精度。

⑵在打擊過程中，機(jī)身系統(tǒng)有極高的剛性。

⑶打擊能量重復(fù)精度高。

上述兩條因素影響鍛件外形精度，最后一條影響到鍛件厚度精度及鍛件重量精度。

近幾年，安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)有限公司加大研發(fā)，潛心研究，不斷創(chuàng)新，不僅對(duì)數(shù)控全液壓模鍛錘的主要結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，而且對(duì)相關(guān)配套進(jìn)行創(chuàng)新，滿足了精密鍛件生產(chǎn)的需求。

機(jī)身改進(jìn)為整體封閉式框架，提高整體強(qiáng)度和剛度

數(shù)控全液壓模鍛錘普遍使用的是“U”形機(jī)身，這種機(jī)身結(jié)構(gòu)為開式結(jié)構(gòu)。機(jī)身在加工、使用過程中都存在著微小變形現(xiàn)象，兩立柱的中間距離即導(dǎo)軌間距上下不一致。打入模座楔鐵前后，由于受力變化，導(dǎo)軌間距也會(huì)發(fā)生變化。鍛件在打擊過程中，由于兩立柱會(huì)受到錘頭傾斜力矩的影響，也會(huì)導(dǎo)致兩立柱向內(nèi)側(cè)變形。新的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在“U”形機(jī)身的上面，U形的上開口處前后各增加一橫梁，在鑄造機(jī)身時(shí)直接鑄造出聯(lián)結(jié)左右兩立柱的兩根橫梁，在機(jī)身上面形成封閉框架。新結(jié)構(gòu)機(jī)身在燕尾底面受力時(shí)，兩立柱不會(huì)發(fā)生前后左右的變形，整體強(qiáng)度和剛度顯著提高。

圖1 鍛錘機(jī)身結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對(duì)比

超高精度加工制造，保證錘頭精確導(dǎo)向

高精密的鍛件，需要精密的錘頭導(dǎo)向系統(tǒng)。錘頭與機(jī)身采用“X”形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，避免了熱膨脹對(duì)導(dǎo)軌間隙的影響，“X”形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可以使得間隙調(diào)到很小值。對(duì)于精密模鍛件，導(dǎo)向間隙可以設(shè)定到0.1mm以下。四個(gè)導(dǎo)軌面都要求這么小的間隙值，相關(guān)的零件加工精度就需要達(dá)到較高的要求：

首先，機(jī)身上四個(gè)導(dǎo)軌面的形位公差和尺寸公差達(dá)到要求。

其次，錘頭四個(gè)導(dǎo)軌面的形位公差和尺寸公差達(dá)到要求。

最后，導(dǎo)軌板的形位公差和尺寸公差達(dá)到要求。安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)有限公司數(shù)控錘機(jī)身、錘頭都是在高精度的數(shù)控鏜銑床上加工出的，導(dǎo)軌板通過精密磨床保證了厚度公差及平行度，零件精度完全滿足預(yù)定的要求。

特殊的打擊閥系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證了數(shù)控錘的打擊能量精度極高

⑴打擊控制系統(tǒng)采用精確控制系統(tǒng)，使得打擊能量控制精度極高。由于打擊閥控制系統(tǒng)與主系統(tǒng)進(jìn)行了分離，獨(dú)特的控制系統(tǒng)使得打擊能量更加精確。

⑵控制閥采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，同時(shí)將打擊閥的控制環(huán)節(jié)降到最低。安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)有限公司數(shù)控錘控制閥除打擊閥為專有技術(shù)閥以外，其余的閥全部采用標(biāo)準(zhǔn)閥，易于保證系統(tǒng)的精確性和可靠性。63kJ（含63kJ）以下的數(shù)控錘打擊閥的控制系統(tǒng)全部為一級(jí)控制，63kJ以上的數(shù)控錘為二級(jí)控制。而國(guó)內(nèi)其他系統(tǒng)，打擊閥的控制閥全部是二級(jí)控制，控制環(huán)節(jié)較多，影響整機(jī)性能的因素也多。同時(shí)打擊閥的二級(jí)先導(dǎo)控制閥、充液閥等都是自制件，這些閥的加工難度都比較大，造成影響整機(jī)性能的因素較多，難于確保質(zhì)量和性能。

⑶獨(dú)特的主打閥保證了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。數(shù)控錘的主打擊閥在鍛造工作中起著至關(guān)重要的作用，安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)公司的數(shù)控錘主打擊閥為滑閥結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是將控制與各油路的切換分離，由左右兩個(gè)控制閥芯控制主閥芯的運(yùn)動(dòng)，三者從結(jié)構(gòu)上互不相連，消除了加工誤差對(duì)閥芯精密運(yùn)動(dòng)帶來的影響，且該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)控制油路進(jìn)油打擊，消除了控制腔長(zhǎng)時(shí)間保壓易出現(xiàn)閥芯卡滯，影響打擊能量重復(fù)精度的問題，使重復(fù)精度控制在±1.5％。該滑閥結(jié)構(gòu)具有外形尺寸小，反應(yīng)迅速，換向平穩(wěn)可靠，沖擊小且易于加工等優(yōu)點(diǎn)，使得數(shù)控錘打擊能量能準(zhǔn)確控制，鍛件成品率顯著提高，模具壽命也得以延長(zhǎng)。

圖2 液壓站結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對(duì)比

⑷打擊閥系統(tǒng)的安全性得到充分保證。由于打擊閥兩頭控制端都有緩沖裝置，絕不會(huì)由于控制系統(tǒng)出故障，出現(xiàn)打擊閥閥芯碰撞閥蓋造成螺栓斷裂而出現(xiàn)危險(xiǎn)的情況。

除了以上用于高精度鍛造的創(chuàng)新以外，安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)公司的數(shù)控錘還配套實(shí)施創(chuàng)新，特點(diǎn)如下：

⑴錘頭慢上慢下功能操作十分方便，更換模具更加安全、方便和快捷。由于液壓系統(tǒng)中增設(shè)了特定的排油閥，系統(tǒng)在調(diào)整狀態(tài)時(shí)，不用卸壓即可快速實(shí)現(xiàn)錘頭的慢降和慢升，更換模具的時(shí)間可減少10min以上。這樣不用像國(guó)內(nèi)其他系統(tǒng)慢降時(shí)只有將系統(tǒng)的壓力油卸完壓，才能靠錘頭重力慢降下落，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)保壓不好，很容易出現(xiàn)掉錘頭現(xiàn)象。當(dāng)錘頭提升時(shí)，系統(tǒng)需重新建壓，壓力足夠時(shí)，才能將錘頭抬起，突然性很強(qiáng)，根本無法實(shí)現(xiàn)慢升慢降動(dòng)作。這樣的結(jié)果是，等待時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)作又不好控制。而我們新的系統(tǒng)使安裝和調(diào)整模具十分安全、方便和快捷。

⑵獨(dú)特的液壓站防止外泄結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)好，維修方便。液壓系統(tǒng)中最不好拆卸的零件就是大閥塊，因此，將大閥塊直接坐在油箱中，大閥塊與底板結(jié)合面一旦出現(xiàn)滲漏，液壓油直接流回油箱，而不會(huì)出現(xiàn)外泄現(xiàn)象。一方面降低液壓油的損耗，另一方面提高更換密封件的周期，同時(shí)降低了設(shè)備的高度。

⑶錘頭緩沖器采用外聯(lián)式結(jié)構(gòu)，克服了內(nèi)焊接式結(jié)構(gòu)不可靠的問題。由于緩沖器采用外聯(lián)式結(jié)構(gòu)，錘頭在緩沖過程中只是油箱底板受力，不會(huì)因焊接開裂而造成液壓油外泄的問題。

⑷蓄能器采用低位安裝方式，避免了蓄能器超高造成設(shè)備高度猛增的問題。由于液壓動(dòng)力頭上部最長(zhǎng)的零部件就是蓄能器了，因此，將蓄能器低位安裝在油箱底板上，既達(dá)到設(shè)備完美，又降低了整機(jī)的高度。

⑷特殊螺栓防松裝置使得系統(tǒng)抗振性加強(qiáng)，安全性更高。螺栓防松裝置采用進(jìn)口的防松止退墊圈，杜絕了螺栓的松動(dòng)。

結(jié)束語

總之，數(shù)控錘用于精密鍛造的情況越來越多，通過對(duì)其不斷的改進(jìn)創(chuàng)新，成形的鍛件精度也越來越高。未來幾年，安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)有限公司還要在數(shù)控錘上加裝精確的鍛錘閉合高度測(cè)量裝置和鍛件溫度測(cè)量裝置，通過數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)測(cè)量值的處理，數(shù)控錘可自動(dòng)更正和調(diào)節(jié)由鍛件溫度、下料尺寸等非主機(jī)設(shè)備因素帶來的偏差所引起打擊能量的變化。智能化精密鍛造生產(chǎn)線的發(fā)展將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)控錘的提升和應(yīng)用。

王衛(wèi)東，高級(jí)工程師，工程碩士，現(xiàn)任安陽鍛壓機(jī)械有限公司技術(shù)處處長(zhǎng)。主要研究數(shù)控鍛壓設(shè)備及工藝。