伺服壓力機(jī)在冷鍛實踐中的應(yīng)用和經(jīng)驗(下)

文／Dipl.-Ing. (TH) Andreas Kress·舒勒壓力機(jī)有限公司

伺服壓力機(jī)在冷鍛實踐中的應(yīng)用和經(jīng)驗(下)

文／Dipl.-Ing. (TH) Andreas Kress·舒勒壓力機(jī)有限公司

《伺服壓力機(jī)在冷鍛實踐中的應(yīng)用和經(jīng)驗（上）》見2015年第17期

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機(jī)

FM（FormMaster）系列壓力機(jī)是一款以線材為原材料，通過冷鍛方式生產(chǎn)鍛件的臥式多工位壓力機(jī)，是對原有產(chǎn)品的更新和升級。該系列壓力機(jī)最重要的創(chuàng)新是主驅(qū)動電機(jī)采用了伺服電機(jī)，同時對線材進(jìn)料部分進(jìn)行了完全修改，送料夾鉗通過伺服機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動齒條和齒輪，實現(xiàn)直線引料方式。圖6為FM500-6 SDT臥式多工位壓力機(jī)，表2為FM500-6 SDT和FM630-6 SDT技術(shù)參數(shù)。

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機(jī)采用2臺伺服電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)通過法蘭連接的方式并排安裝在壓力機(jī)后側(cè)床身上。兩臺電機(jī)的額定功率均為377 kW，額定轉(zhuǎn)速為480r/min，蓄勢器存儲功率為510 kW。除滑塊外的所有其他輔助驅(qū)動均由扭矩電機(jī)通過中間軸、齒輪和錐齒輪驅(qū)動，為降低噪聲所有齒輪均采用斜齒或人字齒。

圖6 FM500-6 SDT臥式多工位壓力機(jī)

表2 FM500-6 SDT和FM630-6 SDT技術(shù)參數(shù)

送入壓力機(jī)的線材在剪切工位進(jìn)行剪切。剪切模采用封閉切刀，切刀通過正反轉(zhuǎn)凸輪、凸輪杠桿和刀架驅(qū)動。剪切下的料段通過推桿推到第一個傳送夾鉗。剪切裝置見圖7。

圖7 剪切裝置

FM系列壓力機(jī)的成形工位上、下垂直布置，剪切下的坯料通過單獨的夾鉗臂從一個工位傳送到另一個工位。NC送料裝置在每個工位均有兩個分開的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，分別用于工件的傳送和夾緊。FM500-6 SDT壓力機(jī)有6個傳送夾鉗和1個出料夾鉗。NC送料裝置可機(jī)動旋轉(zhuǎn)，工作時采用液壓鎖緊，模具工作區(qū)域非常容易接近。

由于成形工位采用上、下垂直布置，F(xiàn)M系列成形壓力機(jī)的滑塊非常狹長，結(jié)構(gòu)簡單且容易操作（圖8）?；瑝K在非常長的導(dǎo)軌上運(yùn)行，導(dǎo)軌間隙可精確調(diào)節(jié)，床身一側(cè)采用鋼制導(dǎo)向板，滑塊一側(cè)采用青銅導(dǎo)向板。沖頭一側(cè)的頂出裝置通過滑塊連桿向下傾斜的魚尾板驅(qū)動，所有工位一起動作。另外，還有一個同步頂出的機(jī)構(gòu)，采用這種機(jī)構(gòu)時，每個工位的頂出行程可以單獨調(diào)整。

圖8 滑塊和滑塊頂出裝置

凹模頂出裝置通過6組可調(diào)旋轉(zhuǎn)凸輪盤驅(qū)動（圖9），凸輪安裝在同一根軸上并通過主驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動。凸輪盤通過滾輪和頂出杠桿操控每一個工位的頂出銷，這樣就可以對每個工位的頂出行程和頂出銷的位置進(jìn)行單獨調(diào)節(jié)。

圖9 凹模頂出裝置

除了上述介紹的設(shè)備外，其他應(yīng)用在體積成形領(lǐng)域壓力機(jī)還有：

⑴8000kN、20000kN雙點伺服壓力機(jī)。這兩種壓力機(jī)驅(qū)動均采用兩臺伺服電機(jī)，傳動系統(tǒng)采用肘桿式結(jié)構(gòu)，可布置4～5個成形工位。

⑵16000kN的5工位曲柄鍛造壓力機(jī)。該壓力機(jī)主要用于鍛造齒坯，采用伺服驅(qū)動主要是為了盡可能提高滑塊在成形時的運(yùn)行速度，以達(dá)到減少悶?zāi)r間和模具吸收熱量的目的。

⑶一種新型的臥式鐓鍛機(jī)。這種機(jī)型配置有兩個壓力分別為3150kN和5000kN相互獨立的伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)。當(dāng)工件被做垂直運(yùn)動的驅(qū)動系統(tǒng)夾緊時，另外一套驅(qū)動系統(tǒng)（壓力小者）在水平方向完成實際的鐓鍛成形任務(wù)。

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機(jī)的運(yùn)行特點

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機(jī)已投產(chǎn)幾年，在該壓力機(jī)上生產(chǎn)過十多種不同的零件，結(jié)合實際使用情況，該型號壓力機(jī)表現(xiàn)出如下特點：

⑴運(yùn)行平穩(wěn)。采用正弦曲線運(yùn)行時顯示，伺服壓力機(jī)比傳統(tǒng)壓力機(jī)運(yùn)行方式要平穩(wěn)許多。這主要是由于伺服壓力機(jī)負(fù)載均勻平穩(wěn)，避免了能量從飛輪到滑塊傳遞時的沖擊；伺服驅(qū)動就像一個彈簧，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行比較柔和。此外，伺服系統(tǒng)機(jī)械負(fù)載較小，磨損少。

⑵產(chǎn)能較高。生產(chǎn)實踐結(jié)果顯示，一些在傳統(tǒng)設(shè)備上最高以60件/分鐘生產(chǎn)的零件，在采用伺服曲線驅(qū)動方式后產(chǎn)能可提高到67件/分鐘。這里需要說明的是，伺服技術(shù)的優(yōu)勢還沒有得到充分的開發(fā)利用，產(chǎn)能還有很大的提升空間。

⑶模具調(diào)整。壓力機(jī)在調(diào)整模式下幾乎可以隨時提供全負(fù)荷壓力并在成形過程中柔和運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就可以在明顯降低速度的情況下，準(zhǔn)確觀察送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況。在調(diào)整模具時，滑塊及沖頭可以向著凹模中的工件移動，在沖頭接觸到工件前可無障礙的返回，這在傳統(tǒng)壓力機(jī)上是不可能實現(xiàn)的。

能量管理和功率消耗

與傳統(tǒng)壓力機(jī)比較，伺服壓力機(jī)在成形過程中短時間內(nèi)需求的能量較大，需要比較高的連接功率。因此，一般情況下伺服壓力機(jī)都要使用能量儲存裝置，將整個設(shè)備實際要求的連接功率攤分減半。這個能量儲存裝置是一個有大轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)子的三相交流電機(jī)，電機(jī)安裝在設(shè)備旁邊，根據(jù)壓力機(jī)的負(fù)載情況作為一個發(fā)電機(jī)或者電機(jī)工作。通過智能能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用，能量可在設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部儲存（圖10）。

成形過程中出現(xiàn)的瞬時電流峰值加大了電網(wǎng)的負(fù)載，變壓器和輸入壓力機(jī)的功率也同樣加大。通過供電企業(yè)的15min峰值測量，同伺服電機(jī)出現(xiàn)的典型特征一樣，瞬時峰值在毫秒范圍內(nèi)，對15min負(fù)載測試沒有絲毫影響，對公共電網(wǎng)的負(fù)載以及和傳統(tǒng)設(shè)備能耗成本比較都沒有提高。由于機(jī)械傳動（機(jī)械零部件少、沒離合器/制動器組合等）損失較小、產(chǎn)能通常情況下較高，所以伺服壓力機(jī)每次行程能量消耗甚至要低于傳統(tǒng)設(shè)備。

圖10 能量管理圖解

結(jié)束語

由于滑塊運(yùn)動學(xué)關(guān)系可以自由編程，伺服直驅(qū)技術(shù)在體積成形領(lǐng)域?qū)尸F(xiàn)出巨大的潛能。通過對整個生產(chǎn)循環(huán)過程的優(yōu)化，在有效提高產(chǎn)能的同時，還可以提高模具的壽命。這種情況不但適用于冷鍛，同樣還適用于溫鍛和熱鍛。在溫鍛和熱鍛時，由于模具要吸收大量的熱量，需要一定的輔助時間對模具進(jìn)行冷卻和潤滑，因此，其對于伺服技術(shù)的要求和冷鍛還有所不同。另外，伺服技術(shù)在新模具調(diào)試時也具有很大的優(yōu)勢，還可擴(kuò)展所能生產(chǎn)產(chǎn)品的范圍。在將來，還有可能集成擴(kuò)展附加的加工工藝，還有更多的潛能待發(fā)掘。