試論力能特性標定在鍛壓機械中的應(yīng)用

國鑫

【摘 要】標定直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和效益、設(shè)備和人身安全、鍛件質(zhì)量、鍛件合同的按質(zhì)按期交付等。本文以實例與實踐結(jié)合，介紹鍛造設(shè)備力能標定對其設(shè)計性能、運行狀態(tài)、故障檢驗和分析等方面的意義，并建議建立鍛造設(shè)備標定的有關(guān)標準，對鍛壓設(shè)備力能特性標定的意義和重要性予以總結(jié)歸納。

【關(guān)鍵詞】機械制造；鍛造；設(shè)備；力能特性；標定

0.概述

在傳統(tǒng)觀念里，鍛壓是一種粗放的生產(chǎn)工藝。由于鍛壓設(shè)備力能特性的標定比較困難，以及我國生產(chǎn)鍛壓設(shè)備（尤其是大噸位鍛壓設(shè)備）的歷史、數(shù)量和經(jīng)驗的不足，對鍛壓設(shè)備力能特性標定的理解和重視就很不夠。在設(shè)備組裝、調(diào)試、銷售交付與購置接受、生產(chǎn)、維修（甚至大修）等過程中，一般只是以設(shè)計的最大（或額定）打擊力作為檢驗與驗收標準，而對于最大（額定）打擊能量、力能特性曲線的全過程則不加重視，也不進行標定，這是很不科學(xué)的。實際上，標定鍛壓設(shè)備的力能特性，就象對一個人進行運動狀態(tài)測試一樣，能夠全面反映運行狀況、故障類型及其原因等。通過對 80000kN 電動螺旋壓力機、40000kN 液壓螺旋壓力機、40000kN 機械壓力機、25000kN 機械壓力機等設(shè)備的標定表明，鍛壓設(shè)備的標定不僅能直觀地判斷和檢驗設(shè)備的能力，還能間接地判斷設(shè)備的運行、精度和故障等，如打滑、悶車、離合器和剎車的協(xié)調(diào)性、可達到的鍛件精度水平等。

1.力能特性標定

眾所周知，鍛壓設(shè)備提供的能量大于鍛件變形所需要的能量，鍛造過程即可順利進行。從這一點上來說，標定鍛壓設(shè)備的能量比標定打擊力更有意義。但是，不同種類的鍛壓設(shè)備，有不同的力能特征，如錘和螺旋壓力機是能量決定型的，壓力機是載荷決定型的，機械壓力機是位移決定型的。這三種類型的鍛壓設(shè)備各有自己的力能曲線特征（具體曲線形式，一般資料上都有介紹，這里不再贅述）。鍛壓設(shè)備工作時，隨鍛件抵抗程度的不同，設(shè)備按其自身的力能曲線特征進行作功和力能轉(zhuǎn)換。在不考慮設(shè)備發(fā)出的能量（或力）大于鍛件變形的能量（或力）對設(shè)備和模具的損害，并且不考慮生產(chǎn)效率的情況下，錘和螺旋壓力機發(fā)出的能量如果小于鍛造變形能，無非是多打幾次或打不飽滿鍛件；壓力機的最大力如果小于鍛造變形力，也無非是壓不飽滿鍛件；但機械壓力機的情況就要復(fù)雜的多了。簡單來說，對于機械壓力機，要時刻使鍛件的變形力—位移曲線在設(shè)備的打擊力—位移曲線以下，一旦出現(xiàn)相反情況，根據(jù)不同的滑塊位移位置，會出現(xiàn)離合器打滑或設(shè)備悶死兩種情況。如果在滑塊離下死點較遠的位置，鍛件的變形力—位移曲線超過設(shè)備的打擊力—位移曲線，盡管設(shè)備飛輪儲備的能量還足夠，但發(fā)出的力小于鍛件的抵抗力，滑塊停止下移，離合器打滑，好在這時設(shè)備內(nèi)的彈性力還不十分大，一般靠打反車或下移工作臺，會使滑塊回到上死點；如果在滑塊下死點附近的位置，鍛件的變形力—位移曲線超過設(shè)備的打擊力—位移曲線，滑塊會徹底悶死，設(shè)備內(nèi)的彈性力也會非常大，一般無法靠打反車或下移工作臺解除，只有靠燒毀模座來解除悶車。上述情況，僅僅是一般的情形。假如設(shè)備的離合器結(jié)合不合適、設(shè)備或模具自身緊固不夠造成的回讓或彈性回讓太多、或者它們自身變形吸收的能量太多、離合器和剎車協(xié)調(diào)不好等情況出現(xiàn)（這些情況在裝配調(diào)試、生產(chǎn)使用、維修過程中都很容易產(chǎn)生），造成的危害和故障現(xiàn)象就要很復(fù)雜了。但如果對設(shè)備能透徹了解，可能出現(xiàn)的危害和故障現(xiàn)象則是容易分析和判斷的，標定是提供這種分析和判斷的最簡易、最全面，最理想的辦法。要說明這幾點，還是以熱模鍛壓力機（機械壓力機）為例說起，其他設(shè)備會簡單一些，也可以依次類推。

2.標定的意義

熱模鍛壓力機一般是整體焊接框架結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力拉桿框架結(jié)構(gòu)。假如設(shè)備或模具的剛度不夠或安裝不緊靠（以下為敘述方便，把模具看成設(shè)備的一部分，不再區(qū)分），設(shè)備回讓就會太大或損耗的能量大（更不容易發(fā)出最大打擊力或最大打擊能量），會造成設(shè)備構(gòu)件部分反復(fù)脫離與撞擊結(jié)合，構(gòu)件易損壞、噪聲大，鍛件也不容易打飽滿。隨著坯料加熱溫度、體積和放置位置的誤差，鍛件尺寸也會極不穩(wěn)定。假如離合器和剎車協(xié)調(diào)不好，在離合器結(jié)合之前，剎車沒有充分脫開，飛輪恢復(fù)到鍛造必須的轉(zhuǎn)速的時間就要延長，或者轉(zhuǎn)速還沒有恢復(fù)足夠就進行打擊，也很容易打滑或悶車；這些都可以通過標定最大打擊力或最大打擊能量來判斷。另外，如果離合器傳遞扭矩不夠（如夾持不緊），就會容易出現(xiàn)打滑，使摩擦片壽命降低，而更換它，少則幾萬，多則幾十萬；但如果離合器傳遞扭矩過大（如夾持太緊），該打滑時又不打滑，又容易造成設(shè)備、電路、電機的過載，會更加危險。要判斷這幾種情況，僅靠標定最大（或額定）力或能量，是做不到的，當(dāng)然必須標定設(shè)備力能曲線的全過程或抽查標定力能曲線上的幾點。

由上述可見，力能標定有助于判斷和檢驗鍛造設(shè)備的設(shè)計性能、運行狀態(tài)和故障等，其意義歸納如下：（1）有助于了解設(shè)備的力能特性，便于設(shè)計檢驗，可作為銷售和購買檢驗準則之一，避免糾紛，對維修過、重新裝配過的情況也不例外。（2）有助于增加設(shè)備的力能特性測量系統(tǒng)，或檢查設(shè)備的力能特性測量系統(tǒng)是否正常，有助于定和調(diào)節(jié)設(shè)備的力能特性測量和顯示系統(tǒng)。（3）有助于檢驗設(shè)計計算的鍛造變形力和能量，有助于使設(shè)計工程師和鍛工積累同批或相似鍛件所需要的變形力和變形能。（4）一旦鍛件質(zhì)量出現(xiàn)問題，如果對設(shè)備運轉(zhuǎn)情況心中有數(shù)，就能集中精力來判斷鍛件的材料、下料尺寸、加熱溫度是否正確。（5）有助于達到對設(shè)備的合理和安全使用，防止力或能量過載對設(shè)備的危害。比如，通過標定可以判斷摩擦離合器的材料是否失效，摩擦離合器的夾持力是否正確，防止出現(xiàn)因摩擦離合器的材料失效或摩擦離合器的夾持力不夠造成的設(shè)備能力下降，或因夾持力過大使其不能起到過載后的打滑目的和摩擦片過早失效的危害。（6）有助于針對鍛件所需力和能量，及時恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)能量，防止大能量干小活而造成對設(shè)備的危害和生產(chǎn)速度的下降，或小能量干大活的欠鍛和多次鍛造。（7）力能標定是實現(xiàn)精鍛的必要條件。比如，熱模鍛壓力機上無余量精鍛的技術(shù)關(guān)鍵是要求上下模座“過打靠”，這樣可以防止設(shè)備彈性回讓造成的鍛件高度誤差?？墒?，“過打靠”程度不夠，壓力機提供的打擊力也會不夠“；過打靠”程度太大，壓力機就會悶車，所以，實現(xiàn)精鍛以前，首先要標定壓力機的力能特性，再結(jié)合附加在設(shè)備上的力能測量系統(tǒng)，就可以保證以后的精鍛生產(chǎn)。例如，通過標定 40000kN熱模鍛壓力機和對其加裝力能測量與顯示系統(tǒng)后，在該設(shè)備上成功批量精鍛出了某型飛機的定子葉片、轉(zhuǎn)子葉片和導(dǎo)流葉片，并使該設(shè)備普通模鍛某葉片的合格率由50%提高到了 98%。（8）有助于保證設(shè)備和人身安全，減少設(shè)備故障，降低運行成本，保障生產(chǎn)正常進行，等。鑒于設(shè)備標定的諸多好處，在此也建議盡快建立鍛造設(shè)備標定的有關(guān)標準。

【參考文獻】

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