鍛造主機(jī)如何適應(yīng)自動(dòng)化智能化鍛造生產(chǎn)的要求（下）

文/李江國(guó)·海安北京機(jī)電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心

鍛造主機(jī)如何適應(yīng)自動(dòng)化智能化鍛造生產(chǎn)的要求（下）

文/李江國(guó)·海安北京機(jī)電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心

《鍛造主機(jī)如何適應(yīng)自動(dòng)化智能化鍛造生產(chǎn)的要求（上）》見《鍛造與沖壓》2017年第9期

圖12 齒輪上設(shè)計(jì)平衡塊對(duì)曲軸慣性力矩進(jìn)行平衡

其他故障及分析

⑴封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)精度低（電機(jī)增加制動(dòng)器），傳動(dòng)零件易壞。

⑵偏心軸銅瓦異常磨損。

①超載或偏載。修改工藝，需要噸位計(jì)監(jiān)控避免超載。

②異物進(jìn)入。防止異物進(jìn)入。

③潤(rùn)滑不良。如果潤(rùn)滑系統(tǒng)沒有問題，需要加大潤(rùn)滑量。

⑶工作臺(tái)面塌陷。需要在模架與工作臺(tái)之間增加墊板，硬度介于模架與工作臺(tái)硬度之間。

⑷偏心軸斷裂。超載、鍛造缺陷、熱處理缺陷。

⑸平衡缸螺栓斷裂。平衡缸進(jìn)出氣不暢，導(dǎo)致氣壓瞬間急劇升高。

⑹飛輪軸承故障。鍛造壓力機(jī)飛輪軸承一般是一對(duì)，要求軸承間隙為C3游隙組，并要求間隙一致。游隙過小，降低了軸承容許異物的能力，會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱嚴(yán)重而過快失效。飛輪不平衡也是導(dǎo)致飛輪軸承失效的原因之一。

⑺脹套松脫。如果選型合適，一般是由于配套的軸/孔表面粗糙度達(dá)不到要求導(dǎo)致的，或者是脹緊力不合適。

⑻如果有液壓系統(tǒng)，有時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出力明顯下降。液壓油時(shí)間太久失效，液壓油一般一年內(nèi)需要更換一次，如果使用率非常高，最好半年更換一次。

壓力機(jī)的振動(dòng)

⑴壓力機(jī)振動(dòng)（晃動(dòng)）可帶來很多電氣故障，比如線路折斷和端子松脫等。

⑵壓力機(jī)的振動(dòng)還會(huì)帶來壓力機(jī)零部件之間的沖擊，使故障增加，壽命降低。

⑶降低壓力機(jī)振動(dòng)的方法有：盡可能降低不平衡帶來的動(dòng)載荷（特別是曲軸和偏心軸的不平衡慣性力矩）：盡可能降低直線運(yùn)動(dòng)或平面運(yùn)動(dòng)部件（滑塊及其附件、連桿、多連桿）的質(zhì)量，對(duì)飛輪進(jìn)行平衡，提高傳動(dòng)零件的加工精度，如圖12所示。齒輪上設(shè)計(jì)平衡塊對(duì)曲軸慣性力矩進(jìn)行平衡。特別是要降低形位偏差，齒輪使用斜齒或人字齒并進(jìn)行磨齒，如圖13所示。使用稀油潤(rùn)滑減小結(jié)合面的間隙、離合器柔性結(jié)合降低擾力。

圖13 使用人字齒、磨齒降低振動(dòng)

圖14 機(jī)械下頂出機(jī)構(gòu)+液壓高保機(jī)構(gòu)

圖15 氮?dú)鈴椈缮享敵?/p>

圖16 多連桿機(jī)構(gòu)上頂出

圖17 凸輪機(jī)構(gòu)上頂出

具有完善可靠的輔助機(jī)構(gòu)

⑴下頂出機(jī)構(gòu)。

①幾乎所有的鍛造工藝在鍛造結(jié)束后都會(huì)將鍛件留在下模腔（工作臺(tái)模腔）內(nèi)，要順利實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鍛造，下頂出機(jī)構(gòu)是必不可少的。

②常見的下頂出機(jī)構(gòu)有：機(jī)械頂出+氣動(dòng)高保/液壓高保和液壓頂出。

③液壓頂出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度可調(diào)，調(diào)試靈活，不需要專門的高保機(jī)構(gòu)。機(jī)械頂出動(dòng)作更加可靠，適合生產(chǎn)節(jié)拍較高的場(chǎng)合，但頂出速度曲線靠凸輪來控制，適應(yīng)性較差，一般需要?dú)鈩?dòng)或液壓高保機(jī)構(gòu)配合來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鍛造。

⑤對(duì)于機(jī)械下頂出機(jī)構(gòu)（圖14）來講，工件彈跳是面臨的最大難題，產(chǎn)生的原因一般有三個(gè)：下頂出機(jī)構(gòu)剛度低、脫模時(shí)頂桿速度過快、粘模（修改鍛造工藝）；下頂出機(jī)構(gòu)適應(yīng)自動(dòng)化要求其具有足夠的剛度、盡可能降低脫模瞬間的頂出速度。

⑵上頂出機(jī)構(gòu)。

①對(duì)于自動(dòng)化鍛造主機(jī)來講，上頂出機(jī)構(gòu)也是必不可少的，但是一般來講，鍛件留在上模的可能性較低，脫模力一般也較小，頂出力不需要太大，一般能夠達(dá)到下頂出力的1/3就可以了。

②上頂出機(jī)構(gòu)一般有如下幾種方式：氮?dú)鈴椈身敵觯▓D15）、機(jī)械頂出（多連桿機(jī)構(gòu)或凸輪頂出機(jī)構(gòu)，圖16和圖17）、液壓頂出（圖18）。

③凸輪式機(jī)械頂出行程一般較小，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)同步，比較常用。多連桿式機(jī)械頂出行程較大，氮?dú)鈴椈缮享敵鍪浅Ｒ婍敵龇绞?，可以彌補(bǔ)下頂出彈跳，響應(yīng)也比較快，但是氮?dú)鈴椈捎袝r(shí)候會(huì)使鍛件意外變形，不是所有的場(chǎng)合都適用（特別是有飛邊鍛造的場(chǎng)合），彈簧壽命一般較低，需要定期充氮?dú)?，其頂出力也比較有限。液壓上頂出機(jī)構(gòu)控制靈活，但是同步困難，最好單工位布置。

玉米種子貯藏期間含水量的變化是種子安全狀況的第二個(gè)指標(biāo)，它與溫度變化有密切聯(lián)系。因此，種子含水量檢查周期，取決于種溫的變化。種溫在0℃以下時(shí)，每月檢查一次，0—20℃，每半月檢查一次，20℃以上時(shí)每10天檢查一次，30℃以上應(yīng)每天檢查一次。檢查方法是三層五點(diǎn)十五處取樣，混合后測(cè)定。

⑶封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

鍛造主機(jī)使用的封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分兩類：第一類是滑塊整體調(diào)整（偏心軸式見圖19、楔塊式見圖20），第二類是單工位分別調(diào)整（圖21）。

⑷模具模架快換裝置主要有三類。

①單工位模具更換裝置，機(jī)械換模臂(圖22)。

②模具模架整體快換裝置或換模小車。

③所有模具（不含模架）整體快換裝置，也叫副模架。

⑸平衡系統(tǒng)。一般來講，平衡系統(tǒng)的作用是平衡滑塊及連桿的重量，但是有些壓力機(jī)的動(dòng)負(fù)荷較大，平衡系統(tǒng)的能力需要考慮這個(gè)因素。

適應(yīng)鍛造工藝的需求和發(fā)展趨勢(shì)

⑴鍛造主機(jī)是為鍛造工藝服務(wù)的，新的更先進(jìn)的鍛造工藝需要先進(jìn)的鍛造主機(jī)做支撐，反過來，先進(jìn)的鍛造主機(jī)又促進(jìn)了鍛造工藝的發(fā)展。

⑵鍛造技術(shù)的發(fā)展方向。高精、高效、自動(dòng)化/智能化、節(jié)能節(jié)材、降成本。

⑶鍛造主機(jī)的發(fā)展。除了前面提到的提高可靠性、降低故障率，完善可靠的輔助機(jī)構(gòu)，伺服驅(qū)動(dòng)是方向，另外工作臺(tái)面也需要增大、潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)該逐步普及稀油潤(rùn)滑。

增大壓力機(jī)臺(tái)面寬度

⑴多工位鍛造使用越來越廣泛，工位數(shù)也越來越多，軸承環(huán)塔鍛、輪轂軸承內(nèi)外圈鍛造和變速箱輸入輸出軸冷擠壓鍛造需要5工位。

圖18 液壓上頂出

圖19 偏心軸式封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

圖20 楔塊式封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

圖22 機(jī)械換模臂

⑵很多鍛件需要深型腔擠壓成形，模具應(yīng)力（一般以拉應(yīng)力的形式出現(xiàn)）很高，有時(shí)需要在模具外面增加應(yīng)力圈來降低模具內(nèi)拉應(yīng)力。

⑶上述原因使得壓力機(jī)的臺(tái)面需要增加，增大壓力機(jī)工作臺(tái)面會(huì)導(dǎo)致壓力機(jī)的變形量以指數(shù)形式增大，使剛度大幅降低，如何增大壓力機(jī)臺(tái)面而又使壓力機(jī)的剛度不致太低是壓力機(jī)開發(fā)制造單位需要注意研究的地方。

壓力機(jī)的潤(rùn)滑

⑴干油潤(rùn)滑不需要回收，設(shè)計(jì)比較方便，國(guó)內(nèi)采用干油潤(rùn)滑的廠家居多。

⑵干油潤(rùn)滑不易回收，造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較臟，而且干油潤(rùn)滑幾乎沒有散熱的功效。

⑶稀油潤(rùn)滑既有潤(rùn)滑的作用同時(shí)也有散熱的功效，對(duì)于高效率生產(chǎn)的壓力機(jī)來講，稀油潤(rùn)滑是發(fā)展方向，另外稀油潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)副的間隙也可以減小，有利于降低沖擊和振動(dòng)。

其他

⑴主電機(jī)調(diào)速。近些年陸續(xù)出現(xiàn)熱/溫鍛造壓力機(jī)和冷/溫鍛造壓力機(jī)，壓力機(jī)的功能在擴(kuò)展，由于鍛造工藝對(duì)滑塊線速度比較敏感，冷鍛一般要求壓力機(jī)的行程次數(shù)在20～25spm，熱鍛要求在60～100spm，溫鍛要求在20～50spm。為了適應(yīng)上述要求，調(diào)速電機(jī)在鍛造主機(jī)上的應(yīng)用越來越多。目前應(yīng)用的調(diào)速電機(jī)有直流調(diào)速電機(jī)和變頻調(diào)速電機(jī)。

⑵連皮出口。很多熱鍛工藝有飛邊和連皮，飛邊一般可以由機(jī)械手取走，連皮需要通過壓力機(jī)排出，壓力機(jī)需要預(yù)留合理的連皮通道。

鍛造主機(jī)如何適應(yīng)智能化鍛造生產(chǎn)

⑴前提：能夠?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化，如果無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化（可靠性是基本要求），智能化只能是笑談。

⑵在遇到自動(dòng)線故障（包括模具模架、模具冷卻潤(rùn)滑、自動(dòng)傳送、中頻爐等）的情況下能夠快速停機(jī)，為避免造成自動(dòng)化裝置和模具模架的損壞，靈敏、快速、可靠的制動(dòng)必不可少。

⑶要有故障（原因和現(xiàn)象）統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫(kù)，在集合行業(yè)專家智能邏輯分析、判斷、提煉、歸納的基礎(chǔ)上，形成智能數(shù)據(jù)庫(kù)。

⑷要有變動(dòng)要素（運(yùn)動(dòng)零部件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、磨損情況、振動(dòng)情況）的全要素檢測(cè)（包括視覺檢測(cè)）、記錄和分析功能，根據(jù)變動(dòng)情況，比對(duì)智能數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障，甚至能夠預(yù)測(cè)鍛件的質(zhì)量情況。

⑸控制系統(tǒng)還需要具備分層控制（包括安全控制），高速數(shù)據(jù)采集和對(duì)外信息高速交換功能。

⑹伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)比較容易適應(yīng)智能化鍛造生產(chǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

⑴伺服壓力機(jī)優(yōu)點(diǎn)。

①滑塊運(yùn)動(dòng)和速度曲線任意可調(diào)，有很強(qiáng)的工藝適應(yīng)性。

②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、故障率低：不使用飛輪，甚至可以不使用離合器制動(dòng)器，如果使用低速伺服電機(jī)，還可以省去壓力機(jī)的一級(jí)傳動(dòng)，壓力機(jī)重量可以降低10%～20%。

③節(jié)能：由于沒有飛輪的頻繁加速和減速，可節(jié)約壓力機(jī)消耗能量（包括成形做功輸出的能量）的10%～20%。

④壓力機(jī)振動(dòng)和噪聲低。計(jì)算和分析表明，壓力機(jī)在帶動(dòng)滑塊啟動(dòng)的瞬間，動(dòng)載荷及其造成振動(dòng)的振幅最大，伺服壓力機(jī)可以柔性啟動(dòng)，大大降低壓力機(jī)的振幅，伺服壓力機(jī)噪聲峰值也比較低。

⑤是未來的發(fā)展方向。

⑵伺服壓力機(jī)缺點(diǎn)。

①投資大。采用伺服驅(qū)動(dòng)必須完全放棄飛輪，飛輪削峰平谷的能量輸出特性是伺服電機(jī)所不具備的，因此所選電機(jī)功率必須大于做功過程的最大峰值功率，一般來講需增加3～5倍。以1250噸冷溫鍛造壓力機(jī)為例，使用飛輪時(shí)，直流電機(jī)的功率為340kW，如果使用伺服電機(jī)其功率要達(dá)到1100kW，超大功率伺服電機(jī)目前比較昂貴，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，其投資要遠(yuǎn)超過普通電機(jī)+飛輪+離合器制動(dòng)器的費(fèi)用。

②使用費(fèi)用高。電機(jī)功率大幅增加后，雖然比較節(jié)能、電費(fèi)減少，但是所需變壓器增大帶來的增容費(fèi)用很高，一般中小企業(yè)難以承受。