鍛造過程中鍛件厚度自動控制在快鍛壓機上的應(yīng)用分析

張 華

(中國第二重型機械集團公司，四川 610052)

設(shè) 計

鍛造過程中鍛件厚度自動控制在快鍛壓機上的應(yīng)用分析

張 華

(中國第二重型機械集團公司，四川 610052)

快鍛壓機在鍛造過程中對鍛件厚度的自動控制是基于工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)，主要包括控制計算機、快鍛控制閥模塊、PLC電氣控制模塊、鍛件厚度實時檢測系統(tǒng)?？刂朴嬎銠C負責(zé)壓機與鍛件厚度實時檢測系統(tǒng)以及操作機的手動、自動及聯(lián)動控制，PLC電氣控制模塊負責(zé)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的管理和協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)I/O模塊負責(zé)各種現(xiàn)場信號數(shù)據(jù)的輸入/輸出。

控制計算機;快鍛控制閥模塊;PLC電氣控制模塊;鍛件厚度實時檢測系統(tǒng)

在快鍛壓機上實現(xiàn)鍛件厚度偏差的自動控制，大大提高了鍛造液壓機的生產(chǎn)效率，可以極大的減小后續(xù)加工余量，特別是在為精密模鍛壓機開坯的時候，鍛件厚度的一致性以及偏差的減小不僅可以節(jié)約大量貴重金屬，還為后期模鍛件成型的一致性奠定了良好的基礎(chǔ)。這種厚度自動控制裝置能使操作者在液壓機每次行程之前規(guī)定壓機上砧行程終了的運動位置，同時操作者也能夠預(yù)先規(guī)定好回程的極限。一旦所需要的位置確定后，上砧就以最大的速度和已知的精確度自動鍛造。而用手工控制的液壓機，在上砧向下運動期間操作者必須進行連續(xù)控制，上砧的運行速度及其達到所需位置的精度取決于操作者的判斷力，效率低，誤差大。

1 鍛件厚度自動控制系統(tǒng)總體方案

以二重集團公司80 MN快鍛壓機為例來說明鍛件厚度自動控制系統(tǒng)總體方案，鍛件厚度自動控制系統(tǒng)總體方案見圖1，該方案是基于工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)，在該方案中主要包括控制計算機、快鍛控制閥模塊、PLC電氣控制模塊、鍛件厚度實時檢測系統(tǒng)。控制計算機負責(zé)壓機與鍛件厚度實時檢測系統(tǒng)以及操作機的手動、自動及聯(lián)動控制，PLC負責(zé)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的管理和協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)I/O模塊負責(zé)各種現(xiàn)場信號數(shù)據(jù)的輸入/輸出。

其中鍛件厚度實時檢測系統(tǒng)可針對實時鍛造的鍛件進行快速精確地掃描，測算出鍛件厚度，及時反饋給PLC電氣控制模塊，測量公差可控制在0.05 mm之內(nèi)?？焖賿呙璧臄?shù)據(jù)與工藝中要求的某工序中的鍛造數(shù)據(jù)模型進行比較，并把比較結(jié)果輸送給PLC電氣控制模塊，控制計算機根據(jù)既定程序?qū)戾戦y塊進行實時控制，進而控制快鍛壓機的噸位以及鍛造頻次，該過程可在人機界面上實時顯示。

2 在快鍛過程中鍛件厚度自動綜合控制

在快鍛過程中最需要控制的是上砧的位置、驅(qū)動系統(tǒng)的鍛造壓力以及頻次。鍛件厚度自動綜合控制框圖如圖2所示。在PLC電氣控制模塊中通過位移傳感器傳送的數(shù)據(jù)，能對上砧進行連續(xù)的測量，并與操作者規(guī)定的位置進行比較。只要此兩者有差值，即刻產(chǎn)生電氣誤差信號，通過控制計算機傳給快速作用電液控制閥，使壓機的主液壓控制閥運動，將壓力油作用到所選擇的主缸或回程缸，上砧就向所要求的方向運動。通過鍛件厚度實時檢測系統(tǒng)對實時鍛造的鍛件進行快速精確地掃描，并把數(shù)據(jù)傳送給PLC電氣控制模塊，經(jīng)程序綜合比較，由控制計算機給驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)鍛造壓力及頻次。在快鍛過程中可以自動進行超程的修正，即前一次壓下尺寸與下給定比較后，其差值在系統(tǒng)中進行修正，作為下一次的給定。每次的實際給定尺寸都是按前一次的實際尺寸進行修正的，這樣就能使系統(tǒng)更為簡單，精度也更高。該控制過程為程序控制，這樣可以協(xié)調(diào)壓機與操作機的工作。

3 在快鍛過程中影響鍛件厚度自動控制的因素分析

鍛造現(xiàn)場影響鍛件厚度自動控制的因素眾多，經(jīng)過實踐檢驗主要有以下幾點。

圖1 鍛件厚度自動控制系統(tǒng)總體方案圖Figure 1 General project of automatic control system for forging thickness

圖2 控制框圖Figure 2 Control diagram

(1)液壓驅(qū)動系統(tǒng)快速換向功能

在鍛件自動厚度控制系統(tǒng)設(shè)計中要解決的主要是準(zhǔn)確地控制高速移動上砧的停止位置。上砧能以200 mm/s的速度移動，其壓力達60 MN。要控制大量的動能，特別是要控制上砧在2 800 mm行程內(nèi)的精確度為1 mm(即精確度超過0.1%)，則液壓驅(qū)動系統(tǒng)就必須具有快速換向裝置。尤其是鈦合金以及其他高溫合金的鍛造只能在窄小的溫度范圍內(nèi)進行，為了減少工作表面的冷卻，上砧與鍛件的接觸時間必須盡量減少，因而快速換向裝置是不可缺少的。

(2)鍛造過程中減速時間的修正

當(dāng)上砧以最大運動速度減速到零之間需有個過渡時間，如果寄希望于該過渡時間無限小是不現(xiàn)實的。運動部分的巨大動能會使上砧越過所要求的最終位置，所以如果要獲得所需的鍛件精度，在達到所規(guī)定的停止位置之前，上砧的運動速度應(yīng)該減小。在到達停止位置之前，上砧的運動速度減慢的這段距離，由操作者根據(jù)多次鍛造的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行推算、驗證、確定，在適當(dāng)?shù)木嚯x產(chǎn)生使活動橫梁減速的控制信號。

(3)對驅(qū)動系統(tǒng)機械極限的補償性修正

由于壓機本體液壓傳動和控制裝置的機械極限引起的不精確，需進行再次修正。在液壓裝置中，如果停止信號在上砧到達的位置給出，由于液壓減壓閥打開的延遲上砧就超出了規(guī)定的位置，所以停止信號必須提前給出，使上砧停止在所要求的位置上。進行修正的根據(jù)就是在閥遲滯時期上砧移動的距離，該部分的修正也需要操作者及技術(shù)人員根據(jù)多次鍛造的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行推算、驗證、確定。

(4)加壓時對液壓機的立柱彈性補償

由于液壓機的立柱加壓的時候會產(chǎn)生彈性伸長，所以必須進行修正、補償。當(dāng)液壓機的上砧和工件接觸所需的壓力開始建立時，工作柱塞所引起的連續(xù)力使兩根立柱稍微伸長。由于這種彈性伸長，上砧不到所要求的最終位置就停止了，該部分可根據(jù)位移傳感器的數(shù)據(jù)在控制程序里面進行修正、補償。

4 結(jié)語

在快鍛壓機上應(yīng)用鍛件厚度自動控制系統(tǒng)可以保證鍛造的快速性、準(zhǔn)確性，從兩方面提高了快速鍛造液壓機的生產(chǎn)率：一方面快鍛壓機能夠在給定的時間內(nèi)完成大量的工作，提高了設(shè)備的利用率，充分地發(fā)揮了設(shè)備的潛力;另一方面用較短的時間完成鍛造工序，保證了鈦合金等貴金屬準(zhǔn)確的鍛造溫度，減少了加熱次數(shù)。此外，也提高了鍛件精度，因為鍛件的尺寸公差比用手工控制的小得多，所以鍛件所需的機械加工量也減少了。如果所鍛造的金屬是鈦合金等貴重金屬，則機械加工量的減少對節(jié)約材料有著重要意義。

［1］俞新陸.液壓機的設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［2］天津市鍛壓機床廠.中小型液壓機設(shè)計計算-液壓傳動和泵閥設(shè)計［M］.天津：天津人民出版社，1973.

［3］陳柏金，等.8 MN快速鍛造液壓機組及其控制系統(tǒng)［J］.鍛壓機械，1999(1)：33 －35.

編輯 傅冬梅

Application and Analysis of Automatic Forging Thickness Control in Fast Forging Press in the Process of Forging

Zhang Hua

Automatic forging thickness controlwas implemented of fast forging press in the process of forging based on industrial Ethernet control system，which mainly includes control computer，fast forging control valvemodule，PLC electric controlmodule and actual time detection system of forging thickness.Control computer is responsible for the control ofmanual，automatic and linkage among press，actual time detection system of forging andmanipulator，PLC electric controlmodule operatesmanagementand coordination of system network，network I/Omodule carries out input/output of various scene signal data.

control computer;fast forging control valvemodule;PLC electric controlmodule;actual time detection system of forging thickness

TP273

A

2013—06—16