多工位高速精密冷鍛設(shè)備與工藝

文／高崇暉·哈特貝爾金屬成型技術(shù)（上海）有限公司

隨著中國汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車鍛件的年需求量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，一般乘用車的冷鍛件使用量約為40～50kg，主要應(yīng)用于變速器、轉(zhuǎn)向器、空心件和緊固件等。冷鍛成形時金屬纖維流線未被切斷，疲勞強度高，材料利用率高，鍛件的精度高且表面質(zhì)量好，少或無后續(xù)切削加工，有些甚至可以直接裝配使用。隨著鍛件產(chǎn)量需求和復雜程度的提高，多工位高速精密冷成形機擁有高生產(chǎn)率和工藝靈活性的優(yōu)勢，是大批量精密冷鍛件生產(chǎn)的首選設(shè)備。

瑞士HATEBUR是臥式多工位高速精密鍛造設(shè)備的制造商，主要產(chǎn)品是HOTmatic熱鍛機和COLDmatic冷鍛機系列。其中全新設(shè)計的CM725有七個成形工位，以生產(chǎn)高品質(zhì)復雜冷鍛件為設(shè)計目標，可生產(chǎn)鍛件長度范圍為8～130mm，使用的線材最大直徑為22mm，是生產(chǎn)汽車發(fā)動機氣門冷鍛件的理想設(shè)備。

CM725設(shè)備（圖1）是一條集成的鍛造生產(chǎn)線，使用線材為原材料，線材通過校直、送料、高速剪切下料，然后進行七個工位依次成形，由傳送帶出料。某些不銹鋼和高合金鋼可以利用感應(yīng)加熱裝置先加熱再下料、成形，加熱后可以提高材料塑性、降低變形抗力。具體技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 CM725的技術(shù)參數(shù)

CM725的部件預(yù)先裝配在整體式底板上（圖2），這樣的結(jié)構(gòu)布局緊湊，可大幅節(jié)省安裝調(diào)試時間；同時，有助于保持較好的剛性，降低成形時由于設(shè)備的彈性變形對鍛件尺寸精度的影響。

圖2 整體式底板

CM725采用臥式布局，電機驅(qū)動的曲柄滑塊機構(gòu)在水平方向做往復運動，H型的連桿與主滑塊設(shè)計同寬（圖3），可以更好地承受冷鍛成形力。不同工位的凸模安裝在模座上，可以整體快速換模，采用液壓鎖緊在主滑塊上，各工位鍛造力先集中作用于模座上，成形力的分布不均不會直接影響主滑塊的導向精度，更利于生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

全新設(shè)計的伺服線性進料系統(tǒng)（圖4）進行高精度連續(xù)進料，在生產(chǎn)過程中根據(jù)需要調(diào)整下料長度，增加了剪切后線材的回退功能，保證剪切端面質(zhì)量，并可實現(xiàn)隔工位進料功能。不銹鋼和高合金鋼在汽車和航空航天中的應(yīng)用日益廣泛，通過加熱改善鍛造成形性能。感應(yīng)加熱器安裝在剪切系統(tǒng)附近，感應(yīng)線圈和剪切工位之間的距離很短，所以幾乎沒有溫度損失。

高質(zhì)量的料段是精密鍛件成形的基礎(chǔ)。雙凸輪驅(qū)動的剪切系統(tǒng)撞擊加速封閉的剪切刀實現(xiàn)了高速剪切下料，保障了精確的下料重量，料段的端面非常平整。雙凸輪驅(qū)動的剪切系統(tǒng)及剪切料段如圖5所示。

圖3 H型連桿

圖4 伺服線性進料系統(tǒng)

圖5 雙凸輪驅(qū)動的剪切系統(tǒng)及剪切料段

每次成形結(jié)束后，機械手夾持工件并準確地傳送至下一工位，然后以“蛙跳”返回前一工位，機械手夾持轉(zhuǎn)移工件過程如圖6所示。機械手的夾鉗可以便捷地從夾鉗架上取下并根據(jù)鍛件尺寸進行調(diào)整或更換。分體設(shè)計的凸輪結(jié)構(gòu)，可靈活地對各工位機械手的張開和夾緊時間單獨調(diào)整。

圖6 機械手夾持轉(zhuǎn)移工件

凸模和凹模雙側(cè)均具備成形能力，不需要在工位間的傳送過程中對工件進行調(diào)頭。凸模和凹模均配備了頂出器，成形結(jié)束將工件從模腔內(nèi)頂出到閉合的機械手內(nèi)傳送，頂出時間是由凸輪機構(gòu)（圖7）控制，并且可以根據(jù)實際需要單獨調(diào)節(jié)。

圖7 頂出凸輪機構(gòu)

圖8 是上一代的AKP4-6S生產(chǎn)的小齒輪件的冷鍛工藝模擬結(jié)果（凹模側(cè)在上），剪切下料后直接在第一工位進行正擠壓，第二工位正擠壓花鍵軸，第三工位進行頭部鐓粗，第四工位反擠壓齒形，第五工位成形中間臺階，第六工位精整齒形。根據(jù)工藝設(shè)計進行三維模具設(shè)計及機械手打開參數(shù)選擇。生產(chǎn)過程如圖9所示，各工位的鍛件如圖10所示。

圖8 小齒輪件的冷鍛工藝模擬

圖9 小齒輪生產(chǎn)過程

圖10 各工位的鍛件

綜上所述，CM725是新一代七工位冷成形機，擁有更好的工藝靈活性，可以滿足汽車和緊固件等行業(yè)小型精密鍛件的制造要求，全自動化的生產(chǎn)方式大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，是高品質(zhì)大批量鍛件生產(chǎn)的理想裝備。