精鍛機夾頭結(jié)構(gòu)及運行原理研究

李陽，白景年，王飛云，任源，彭常戶

（西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司，西安 710018）

0 引言

精鍛機相比于其他鍛造設(shè)備以其自動化程度高、生產(chǎn)效率高、加工精度高等顯著優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。目前，國內(nèi)冶金企業(yè)使用的精鍛機基本依賴于進口，主要為奧地利GFM 公司所制造的精鍛機。國產(chǎn)精鍛機雖已制造成功，但從鍛造力、加工精度、自動化程度及系統(tǒng)可靠性方面與進口設(shè)備差距較大。因此，進一步對精鍛機進行更為細致、深入的研究很有必要。本文重點對精鍛機夾頭的結(jié)構(gòu)及其運行原理進行了研究。

1 夾頭功能概述

精鍛機鍛造箱兩側(cè)的夾頭是最為重要的輔助機械設(shè)備，一對夾頭分列于鍛造箱的兩側(cè)。夾頭單元的任務(wù)是：從裝載裝置取得工件，鍛造過程中軸向移動工件，進行必要的旋轉(zhuǎn)和分離運動，補償每次鍛擊工件產(chǎn)生的延伸，把鍛造好的工件放到卸載裝置上。

物料的夾持通過4 支夾爪來實現(xiàn)，夾頭箱內(nèi)部有外、中、內(nèi)3 支滑套。內(nèi)滑套相對于夾頭箱軸向固定，4 支夾爪的擺動中心固定于內(nèi)滑套頭部。4 支夾緊油缸通過支架固連于外滑套和中滑套之間，中滑套和外滑套可以延軸向方向移動。當油缸工作時，外滑套向后運動，中滑套向前運動，4 支夾爪閉合將物料夾緊，夾緊力由油缸產(chǎn)生并且按照要求由程序?qū)崿F(xiàn)。

軸向送進通過固定于鍛造箱兩側(cè)較長行程的油缸實現(xiàn)，鍛造過程中，一側(cè)夾頭座油缸伸出，另一側(cè)夾頭座油缸縮回。兩個夾頭座沿鍛造工件軸向移動。

物料旋轉(zhuǎn)主要依賴于內(nèi)滑套，夾頭箱頂部放置一臺電機，電機輸出軸通過皮帶輪將動力傳遞給蝸輪蝸桿機構(gòu)，蝸輪與內(nèi)滑套固連，從而帶動內(nèi)滑套旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了鍛造頻率和物料旋轉(zhuǎn)頻率的一致性。蝸桿軸一側(cè)裝有若干組碟簧，緩沖鍛造過程中夾頭內(nèi)套的停滯。夾頭內(nèi)套的軸向方向前后安裝有4 組板簧，緩沖由于物料的延展造成的夾頭連續(xù)推進的停滯。與夾頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機輸出軸相連的抱閘保證夾頭的旋轉(zhuǎn)與鍛造頻率相同，避免了物料在鍛造過程中的扭轉(zhuǎn)變形。3 支滑套相對位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 滑套結(jié)構(gòu)示意圖

2 滑套結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

3 支滑套是夾頭箱內(nèi)部最為關(guān)鍵的部件，工件的夾持、旋轉(zhuǎn)依賴于3 支滑套來完成。在對進口精鍛機上述部件深入研究的基礎(chǔ)上，從材料的選取、加工工藝、熱處理工藝和結(jié)構(gòu)改進進行了細致研究。

內(nèi)滑套為長桿類零件，一體加工存在很大的難度，且加工成本較高。采用分體加工降低了加工難度，節(jié)約了加工成本。通過對進口零件的材料分析和相關(guān)材料力學(xué)性能試驗，對內(nèi)滑套頭部采用ZG35CrMo，管件部分使用Q345B 材料。由于滑套之間存在相對滑動和轉(zhuǎn)動，在其表面車槽，緊箍六組銅帶，銅帶材質(zhì)為QSn6.5-0.1，內(nèi)滑套頭部和管件焊縫處于第一條和第二條銅帶之間，焊后需進行消除應(yīng)力處理,并對焊縫進行超聲波探傷,其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 內(nèi)滑套結(jié)構(gòu)

對于中滑套而言，一體加工同樣存在較大難度，所以依然采用分體加工，材質(zhì)都選為20Cr，銅帶選用材質(zhì)于外滑套一致。由于中滑套管壁較薄，焊縫埋于銅帶之下，焊接難度大，同時降低了中滑套的整體強度，因此，中滑套焊縫裸露在外，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 中滑套結(jié)構(gòu)

外滑套尺寸較小，外表面配裝有軸承，兩只滑槽和外滑套本體插接并焊接為一體，而后對焊縫進行修磨，采用ZG35CrMo 材質(zhì)，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 外滑套結(jié)構(gòu)

3 夾頭機構(gòu)的運行原理

精鍛機兩側(cè)的夾頭主要是實現(xiàn)在鍛造過程中對工件的操縱，中滑套和外滑套固連有4 只液壓油缸，使兩者沿軸向方向相對滑動，實現(xiàn)張開和閉合。外滑套外緣安裝有軸承，定位于箱體且能旋轉(zhuǎn)，夾頭旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動蝸桿，蝸桿帶動緊固在內(nèi)滑套上的蝸輪，實現(xiàn)夾頭的旋轉(zhuǎn)。蝸桿軸一側(cè)的阻尼系統(tǒng)緩沖了夾頭的周期性停滯，夾頭內(nèi)滑套的軸向前后安裝的4 組板簧，緩沖由于物料的延展造成夾頭連續(xù)推進的停滯。與夾頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機輸出軸相連的抱閘保證夾頭的旋轉(zhuǎn)與鍛造頻率相同，避免了物料在鍛造過程中的扭轉(zhuǎn)變形。其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 夾頭間歇緩沖機構(gòu)

精鍛機夾頭箱底部固連有一螺母與行走液壓缸活塞桿前端的螺紋構(gòu)成螺紋連接，活塞的運行借助液壓伺服系統(tǒng)實現(xiàn)無級調(diào)速。夾頭行走液壓模塊利用速度伺服控制系統(tǒng)對夾頭的移動速度實現(xiàn)精密調(diào)整。編碼器采集到的速度信號經(jīng)CNC 控制系統(tǒng)反饋給液壓伺服閥，從而實現(xiàn)對速度位移的精確控制，其控制精度可達0.1 mm，液壓原理如圖6 所示。

圖6 夾頭行走液壓系統(tǒng)

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)冶金行業(yè)的精鍛機主要還是依賴于進口，國產(chǎn)精鍛機雖然已經(jīng)出現(xiàn)在市場，但所占份額非常之少，且加工制造水平、自動化程度和系統(tǒng)的可靠性與進口精鍛機相比還有相當大的差距。因此，認真研究進口精鍛機的運行原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝及控制技術(shù)將對國產(chǎn)精鍛機制造水平的提升起到積極的促進作用。

［1］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.