新型HFP2500熱模鍛壓力機(jī)的設(shè)計

湯世松，項余建，劉 志，周智偉

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州225127）

新型HFP2500熱模鍛壓力機(jī)的設(shè)計

湯世松，項余建，劉 志，周智偉

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州225127）

介紹了熱模鍛壓力機(jī)優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)主參數(shù)、工作原理及結(jié)構(gòu)組成，分析了機(jī)身、主傳動系統(tǒng)、離合器、制動器、滑塊和封閉高度調(diào)整系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)可靠、傳動平穩(wěn)、精度高等特點(diǎn)。

熱模鍛壓力機(jī)；主參數(shù)；工作原理；離合器；設(shè)計

近年來，隨著軸承行業(yè)裝備及技術(shù)的發(fā)展，以及人工成本的上升，原有多臺單機(jī)組成的手工鍛造生產(chǎn)線已經(jīng)越來越不適應(yīng)發(fā)展需求，用戶急需更加有競爭力的產(chǎn)品。為此，對現(xiàn)行生產(chǎn)工藝進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、提高生產(chǎn)率十分必要。

熱模鍛壓力機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車、石化、軍工等行業(yè)，是進(jìn)行大批量、高精度模鍛件生產(chǎn)的首選設(shè)備[1-2]。它可以進(jìn)行鐓粗、預(yù)鍛、終鍛、切邊、沖孔等工序。隨著生產(chǎn)規(guī)模和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鍛造行業(yè)自動化生產(chǎn)線也有了很大發(fā)展。本系統(tǒng)以揚(yáng)力公司HFP-2500熱模鍛壓力機(jī)為主體開發(fā)一條全自動鍛造生產(chǎn)線，通過該生產(chǎn)線的總體布局，進(jìn)行機(jī)械手、自動送料裝置、自動模具冷卻潤滑裝置、自動快速換模系統(tǒng)等組成模塊的設(shè)計，從而實現(xiàn)多工位自動化鍛造。本次HFP2500熱模鍛壓力機(jī)的研制成功，填補(bǔ)了公司在該領(lǐng)域的空白。

1 熱模鍛壓力機(jī)優(yōu)點(diǎn)和前景

生產(chǎn)線主要設(shè)備為：上料機(jī)械手、橫桿式專用鍛造機(jī)械手，引導(dǎo)傳輸裝置，HFP2500熱模鍛壓力機(jī)，鍛件分選機(jī)構(gòu)，熱模鍛快速換模裝置。熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)效率高、操作簡單、維修方便、適合自動化鍛造流水線[3]。

軸承精密熱模鍛生產(chǎn)工藝主要有坯料加料、鍛件分選、精鍛、切邊等。坯料為圓鋼經(jīng)鋸床按工藝尺寸下料，經(jīng)拋丸去除表面氧化皮后的圓棒料。熱軋棒料表面或內(nèi)部可能存在折疊、裂紋等缺陷，可在下料工序前對線材進(jìn)行表層渦流探傷和內(nèi)部超聲波探傷，在缺陷部位做標(biāo)記，并在隨后下料時進(jìn)行篩選，預(yù)防坯料造成的鍛件缺陷。部分精密鍛件要求預(yù)先進(jìn)行去除表層氧化層操作。由上料機(jī)械手按生產(chǎn)規(guī)定的節(jié)拍將坯料送入中頻電源的感應(yīng)線圈的導(dǎo)軌中，后面的坯料推動前面的坯料向爐口移動，坯料加熱到鍛造溫度時從爐口落入引導(dǎo)槽，熱料由引導(dǎo)裝置送入鍛件分選機(jī)構(gòu)[4]。其生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 軸承精密熱模鍛生產(chǎn)工藝流程圖

熱模鍛壓力機(jī)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：打擊速度快，模具熱接觸時間短，模具使用壽命長；采用上、下頂料設(shè)計，拔模斜度減小，節(jié)約鍛材；抗傾斜率高，導(dǎo)軌精度高，鍛件質(zhì)量好[5]；采用PLC控制、多重安全操作回路系統(tǒng)，確保操作者安全；機(jī)體左右兩側(cè)設(shè)有作業(yè)窗口，鍛件傳遞方便，也便于側(cè)向送料實現(xiàn)自動化[6]；特殊的卡模解放裝置，使解模迅速，且操作簡單；可靠的集中潤滑系統(tǒng)和手動補(bǔ)充潤滑系統(tǒng)，有效降低磨擦損失；安裝有國際先進(jìn)的噸位儀，直觀顯示鍛造力，可超負(fù)荷報警。如圖2所示為典型的2500t熱模鍛壓力機(jī)全自動生產(chǎn)線。

圖2 熱模鍛壓力機(jī)全自動生產(chǎn)線現(xiàn)場布置圖

2 熱模鍛壓力機(jī)基本技術(shù)參數(shù)

HFP2500熱模鍛壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 熱模鍛壓力機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 壓力機(jī)工作原理

壓力機(jī)工作時，主電機(jī)通過小帶輪和皮帶，驅(qū)動飛輪在飛輪卸荷套上轉(zhuǎn)動，偏心軸裝配在左右卸荷套內(nèi)的滑動軸承中，連桿、滑塊裝配在機(jī)身內(nèi)部，滑塊靠導(dǎo)軌約束只能上下移動；離合器的貼合和脫開控制偏心軸能否跟隨飛輪旋轉(zhuǎn)；制動器保證偏心軸能夠在正確位置（上死點(diǎn)或其他工藝要求位置）停止；飛輪制動器保證飛輪能夠在本規(guī)定的短時間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動；下頂料機(jī)構(gòu)由裝配在偏心軸左端的凸輪驅(qū)動，上頂料機(jī)構(gòu)由連桿小頭外側(cè)的撥叉帶動凸輪驅(qū)動；凸輪控制器在偏心軸旋轉(zhuǎn)到特定的角度時，發(fā)出信號給PLC控制系統(tǒng)。

4 熱模鍛壓力機(jī)結(jié)構(gòu)

熱模鍛HFP2500壓力機(jī)本體主要由機(jī)身、主傳動系統(tǒng)、滑塊及封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、離合器與制動器、飛輪制動器、平衡系統(tǒng)、導(dǎo)軌、上下頂出機(jī)構(gòu)等部（組）件組成。

4.1 機(jī)身

機(jī)身主要包括底座、左右立柱、頂蓋以及拉緊螺栓、螺母等，其中底座和左右立柱為焊接件，頂蓋為球鐵件，預(yù)緊拉桿為鍛鋼件。底座、左右立柱和頂蓋拼接好后，用4根經(jīng)過預(yù)緊的拉緊螺栓組合在一起，組成了壓力機(jī)的封閉框架——組合機(jī)身。

4.2 主傳動系統(tǒng)

壓力機(jī)的傳動系統(tǒng)為皮帶-曲柄連桿式單級傳動系統(tǒng)，主要包括主電機(jī)、皮帶、小帶輪、飛輪、離合器、飛輪制動器、制動器、偏心軸、連桿、左右卸荷套以及滑塊等零部件。如圖3所示為主傳動原理圖。

圖3 制動器部分結(jié)構(gòu)圖

4.3 離合器部分

離合器主要由氣缸、活塞、從動盤（摩擦盤組合）、摩擦閘塊、導(dǎo)向螺栓、旋轉(zhuǎn)接頭、彈簧組成。飛輪和偏心軸之間設(shè)有飛輪卸荷套，飛輪裝配在飛輪卸荷套上，離合器整體裝配在飛輪外端面，從動盤通過12個圓柱銷與偏心軸裝配，并用壓蓋及12個螺栓預(yù)緊，摩擦閘塊鑲嵌在摩擦盤上。

滑塊處于禁止?fàn)顟B(tài)時，離合器脫開，活塞在彈簧的作用下收縮回氣缸，從動盤與飛輪和離合器為分離狀態(tài)，從動盤不與飛輪和離合器跟轉(zhuǎn)；滑塊處于運(yùn)動狀態(tài)時，離合器接合，活塞在壓縮空氣的作用下頂出氣缸，推動摩擦閘塊緊密貼合到飛輪上，使從動盤與飛輪和離合器貼合，連接在一起，飛輪和離合器轉(zhuǎn)動，帶動從動盤和偏心軸轉(zhuǎn)動。

離合器的結(jié)合和脫開通過電磁閥控制離合器的進(jìn)氣和排氣來實現(xiàn)。離合器動作的靈敏可靠，決定了壓力機(jī)能否持續(xù)穩(wěn)定工作，所以為了使離合器能夠快速結(jié)合和脫開，氣缸與活塞之間的距離（即離合器活塞行程）應(yīng)盡可能小。為了方便地調(diào)整氣缸和活塞之間的距離，在氣缸蓋上設(shè)置了一系列調(diào)整螺栓螺母及墊片，用來調(diào)整汽缸蓋和活塞間的距離。

4.4 制動器部分

制動器主要由制動器外殼、活塞、摩擦盤、摩擦塊、壓緊板、導(dǎo)向螺栓、彈簧、凸輪控制器等組成。制動器整體部裝后裝配在機(jī)身左側(cè)，摩擦盤通過脹緊套與偏心軸連接，摩擦塊鑲嵌在摩擦盤內(nèi)。凸輪控制器用安裝支架裝配在制動器外側(cè)，通過萬向節(jié)與偏心軸連接，與偏心軸同步轉(zhuǎn)動。

滑塊處于禁止?fàn)顟B(tài)時，制動器結(jié)合（剎車），壓緊板在彈簧的作用下緊貼摩擦塊，壓緊板、摩擦塊和制動器外殼為緊密連接狀態(tài)，從而使摩擦盤和偏心軸處于禁止?fàn)顟B(tài)；滑塊處于運(yùn)動狀態(tài)時，離合器脫開，活塞在壓縮空氣的作用下，克服64個彈簧的力，使壓緊板向制動器外側(cè)（機(jī)身左側(cè)）運(yùn)動，從而使摩擦盤中的摩擦塊與制動器外殼以及壓緊板完全脫離開來，摩擦盤和偏心軸旋轉(zhuǎn)的阻力消失，當(dāng)飛輪和離合器轉(zhuǎn)動，且離合器貼合后，偏心軸轉(zhuǎn)動，帶動滑塊運(yùn)動。制動器部分結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

制動器的脫開與結(jié)合靠電磁閥控制制動器的進(jìn)氣與排氣來實現(xiàn)。制動器與離合器動作先后順序有嚴(yán)格要求，所以在程序上和氣路結(jié)構(gòu)上有特殊的設(shè)計，使得只有在制動器脫開時，離合器才能結(jié)合，離合器脫開后，制動器才能剎車。絕對不能出現(xiàn)制動器與離合器相互動作不協(xié)調(diào)，造成安全隱患[7]。

凸輪控制器用來檢測偏心軸角度，并將其角度信號傳輸給PLC自動控制系統(tǒng)，PLC自動控制系統(tǒng)根據(jù)凸輪信號可以控制離合器結(jié)合和脫開、制動器的結(jié)合和脫開、下頂料高度保持氣缸的動作等。其信號的發(fā)出時間可以通過調(diào)整凸輪控制器內(nèi)部的凸輪角度來修改。

4.5 滑塊及封閉高度調(diào)整系統(tǒng)

滑塊及封閉高度調(diào)整系統(tǒng)主要由滑塊、承壓偏心銷、承壓偏心銷軸、壓緊桿、壓緊件、前后連接塊、蝸桿、封高調(diào)節(jié)電機(jī)、萬向聯(lián)軸器、齒輪軸、傘齒輪副、封閉高度桿、調(diào)整指示盤、刻度盤系統(tǒng)等部分組成。

承壓偏心銷上加工有渦輪副，兩側(cè)的半圓面與連桿小頭的半圓面和滑塊的內(nèi)半圓面配合。滑塊與連桿的連接通過承壓偏心銷軸承壓偏心銷實現(xiàn)。由于承壓偏心銷與承壓偏心銷軸不同心，所以封高調(diào)節(jié)電機(jī)通過萬向聯(lián)軸器、齒輪軸、傘齒輪副，帶動蝸桿驅(qū)動承壓偏心銷轉(zhuǎn)動時，可以實現(xiàn)壓力機(jī)的封閉高度的調(diào)整 。調(diào)節(jié)量可以通過裝在滑塊前面的調(diào)整指示盤從刻度盤上直接讀出。

5 結(jié)束語

新一代國產(chǎn)HFP2500熱模鍛壓力機(jī)，作為轎車用第三代輪轂軸承單元生產(chǎn)的核心主機(jī)，其穩(wěn)定性、可靠性、靜態(tài)和動態(tài)精度等達(dá)到國際水平。其中，用來生產(chǎn)部分形狀規(guī)則零件，因重量和體積較小，特別適合采用熱模鍛壓力機(jī)并配備步進(jìn)式機(jī)械手進(jìn)行多工位自動化生產(chǎn)[8]。乘用車常見鍛件采用多工位自動化鍛造工藝，可有效節(jié)約鍛造廠家成本，提升核心競爭力，也可大幅降低主機(jī)廠的采購成本、機(jī)加工成本等綜合運(yùn)營成本，提高供貨可靠性、產(chǎn)品一致性，提高產(chǎn)品綜合質(zhì)量，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]趙旭輝.熱模鍛壓力機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].金屬加工，2014，（5）：53-54.

[2]朱元勝，欒新民.常用模鍛設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)及應(yīng)用發(fā)展趨勢[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（5）.

[3]劉繼修.基于ProfiBus現(xiàn)場總線的傘齒輪精密熱模鍛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)[J].電力電子技術(shù)，2004，（16）.

[4]劉宗江，蔣洪海，張國強(qiáng).45°剖分連桿體毛坯在熱模鍛生產(chǎn)線上的鍛造工藝[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45（1）.

[5]陸愛國，朱新武，孫成建.10000kN熱模鍛壓力機(jī)有限元分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（6）.

[6]楊 健，朱瑞祥.基于單片機(jī)齒輪熱模鍛機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2012，（7）.

[7]石小榮.多工位齒輪熱模鍛自動化鍛造線 [J].金屬加工，2013，（19）.

[8]湯世松，仲太生，項余建.熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2016，51（2）.

Design of HFP2500 new type of hot die forging press

TANG Shisong,XIANG Yujian,LIU Zhi,ZHOU Zhiwei
（Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

The advantages,main parameters,work principle and structure composition of the hot die forging press have been introduced.The machine frame,main transmission system,clutch,brake,slide and close height adjusting system have been analyzed.The hot die forging press has the advantages of reliable structure,stable transmission and high precision,etc.

Hot die forging press;Main parameters;Work principle;Clutch

TG315.5；TP275

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.04.002

1672-0121（2017）04-0009-03

2017-01-23；

2017-03-05

湯世松（1985-），男，碩士，電氣工程師，主要從事交流伺服運(yùn)動控制、機(jī)器人控制、伺服電機(jī)、機(jī)電一體化、PLC等研究。E-mail：tangshisong26@163.com