國(guó)產(chǎn)熱模鍛壓力機(jī)的創(chuàng)新研究及應(yīng)用選型

于學(xué)宏，申 剛，仉建軍，朱元?jiǎng)?/p>

（青島宏達(dá)鍛壓機(jī)械有限公司，山東 青島266309）

隨著科技的飛速發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速提升，我國(guó)鍛造業(yè)的社會(huì)化大生產(chǎn)也得到了快速發(fā)展。為提高效益，鍛造企業(yè)必將重新洗牌，逐步向集約化方向發(fā)展，走批量發(fā)展之路，從而降低成本，提高效益。鍛造設(shè)備也將向優(yōu)質(zhì)高效、自動(dòng)化、精密化方向發(fā)展，而熱模鍛壓力機(jī)因其適合自動(dòng)化、批量化生產(chǎn)的特點(diǎn)必將成為符合這一發(fā)展趨勢(shì)的優(yōu)選設(shè)備之一。

1 性能特點(diǎn)

如圖1 所示，熱模鍛壓力機(jī)是目前我國(guó)模鍛行業(yè)廣泛采用的模鍛設(shè)備之一。可實(shí)現(xiàn)多模膛鍛造，鍛件尺寸精度較高，加工余量小，適用于大批量流水線生產(chǎn)。尤其對(duì)于模鍛車間設(shè)備更新改造，該設(shè)備為優(yōu)選設(shè)備之一。

圖1 熱模鍛壓力機(jī)

其優(yōu)點(diǎn)有：振動(dòng)和噪聲小，工作環(huán)境比較安靜；設(shè)備的剛性和穩(wěn)定性好，操作安全可靠；滑塊行程次數(shù)較高，因而生產(chǎn)效率較高；有可靠的導(dǎo)軌和精確的行程，能夠保證鍛件精度；具有較大頂出力的上、下頂料裝置，保證鍛件貼模后容易脫出；具有脫出“悶車”的裝置，當(dāng)坯料尺寸偏大，溫度偏低，設(shè)備調(diào)整或操作失誤時(shí)，出現(xiàn)“悶車”而不至于損壞設(shè)備，并能及時(shí)解脫“悶車”狀況。

其缺點(diǎn)有：鍛造過程中清除氧化皮較困難；超負(fù)荷時(shí)容易損壞設(shè)備；與模鍛錘相比，其工藝萬能性較小，對(duì)滾擠或拔長(zhǎng)工序較困難。

需要注意的是，由于熱模鍛壓力機(jī)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，所以它屬于定行程設(shè)備，其允許工作力是隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的。公稱壓力角是熱模鍛壓力機(jī)可施加名義噸位的曲柄轉(zhuǎn)角，熱模鍛壓力機(jī)實(shí)際打擊力隨轉(zhuǎn)角變化的曲線不能超過允許載荷曲線，否則將引起離合器打滑，造成悶車。這時(shí)如果沒有有效的措施，只能把模具破壞掉，造成很大損失。而鍛件下料不準(zhǔn)，溫度偏低及操作失誤等，都可能引起悶車而中斷生產(chǎn)。為了防止超載和保證鍛件尺寸，需反復(fù)調(diào)整封閉高度，模具調(diào)整比較繁瑣，因此熱模鍛壓力機(jī)適合批量生產(chǎn)，效率高、質(zhì)量穩(wěn)定。

2 工藝用途及其選擇

2.1 工藝用途

熱模鍛壓力機(jī)是借助模具實(shí)現(xiàn)金屬毛坯熱成形的鍛造設(shè)備。和模鍛錘相比，熱模鍛壓力機(jī)由于鍛造出的鍛件精度高、材料利用率高、生產(chǎn)率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、對(duì)工人的操作技術(shù)水平要求低、噪聲和振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代鍛壓生產(chǎn)中的應(yīng)用日趨廣泛，特別是在大批和大量生產(chǎn)條件下，已逐步取代模鍛錘，成為模鍛件批量生產(chǎn)的主要設(shè)備。在熱模鍛壓力機(jī)上，可以完成開式模鍛、閉式模鍛和擠壓等金屬型材的各種熱模鍛工藝過程。通過手工操作或自動(dòng)傳送裝置，可以進(jìn)行多模腔的熱模鍛。

熱模鍛壓力機(jī)模鍛零件主要類型有：①主要通過鐓粗方式成形的鍛件，如齒輪、法蘭盤等盤形零件；②主要通過擠壓工藝成形的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀的鍛件，如叉形零件和其他非對(duì)稱零件；③需要用預(yù)先引伸工序的鍛件，如汽車前梁、曲軸等。引伸工序通常在輥鍛機(jī)上進(jìn)行。

2.2 使用選擇

熱模鍛壓力機(jī)的選擇除考慮壓力機(jī)工作臺(tái)上平面和滑塊底面尺寸、行程、封閉高度及其調(diào)整量等參數(shù)外，最重要的是確定壓力機(jī)的公稱壓力，與此同時(shí)還必須使模鍛工作時(shí)所消耗的能量小于或等于壓力機(jī)所能釋放的最大能量。

在熱模鍛壓力機(jī)使用過程中，毛坯加熱溫度過低、加熱毛坯在鍛造傳送過程中的冷卻、毛坯體積的公差以及壓力機(jī)封閉高度的不正確調(diào)整等原因，都有可能引起模鍛力的急劇增加，導(dǎo)致壓力機(jī)過載或悶車。在現(xiàn)有計(jì)算方法中，尚不能精確確定實(shí)際模鍛力。因而，在沒有可靠的防過載裝置的情況下，通過正確選擇熱模鍛壓力機(jī)的公稱力，仍然是保證熱模鍛壓力機(jī)正常和可靠工作的一個(gè)重要手段。

選擇熱模鍛壓力機(jī)時(shí)，必須考慮到模鍛力是鍛造溫度和毛坯體積的隨機(jī)函數(shù)這一事實(shí)。其經(jīng)驗(yàn)選擇計(jì)算公式：

pm=（0.7～0.75）pg

式中：pm——鍛造溫度下的平均鍛造力，MN；

pg——熱模鍛壓力機(jī)的公稱壓力，MN。

pm可以根據(jù)工藝計(jì)算決定。系數(shù)0.7 適用于溫度分散較大和非自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)；0.75 用于溫度分散較小和自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)的情況。經(jīng)驗(yàn)選擇方法雖然比較粗略，但計(jì)算簡(jiǎn)單適用。

在已知的模鍛條件下，或者在規(guī)定毛坯溫度和體積分散的情況下，用上述方法確定的熱模鍛壓力機(jī)公稱壓力可以使壓力機(jī)過載概率大大降低。計(jì)算分析表明，毛坯加熱溫度降低100℃時(shí)，模鍛力有可能超過計(jì)算值的0.5 倍。熱模鍛的自動(dòng)化不僅可以降低毛坯溫度分散，而且可以降低壓力機(jī)所必需的壓力。

3 本公司創(chuàng)新研究及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在對(duì)熱模鍛壓力機(jī)的研究實(shí)踐中，本公司創(chuàng)新發(fā)明了熱模鍛壓力機(jī)封閉高度補(bǔ)償裝置。

傳統(tǒng)的熱模鍛壓力機(jī)封閉高度調(diào)整系統(tǒng)，利用絲杠與絲母?jìng)鲃?dòng)，指針進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)指針在標(biāo)尺上的刻度讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)封閉高度調(diào)整。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，讀數(shù)靠機(jī)械標(biāo)尺來標(biāo)明，存在較大誤差，精確度低，更實(shí)現(xiàn)不了數(shù)字化調(diào)整。

本公司的創(chuàng)新發(fā)明則提供了一種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高、調(diào)整準(zhǔn)確的熱模鍛壓力機(jī)封閉高度補(bǔ)償裝置。如圖2 所示。

圖2 封閉高度補(bǔ)償裝置

其工作原理是：液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)花鍵軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)花鍵軸上的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與主動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)的凸形從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后，凸形從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與之相連接的蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心蝸輪與蝸桿嚙合傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)給模鍛機(jī)滑塊內(nèi)部的偏心蝸輪，而實(shí)現(xiàn)模鍛機(jī)滑塊位置的變動(dòng)。同時(shí)，蝸桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)中間連接軸、聯(lián)接套傳遞給編碼器旋轉(zhuǎn)軸。編碼器為絕對(duì)值編碼器，其特點(diǎn)是不需要計(jì)數(shù)器，通過光信號(hào)的位置傳感器來識(shí)別絕對(duì)角度位置，能夠大大提高編碼器的抗干擾及數(shù)據(jù)可靠性。傳出信號(hào)直接由PLC 控制，在觸摸屏操作界面上進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償而實(shí)現(xiàn)封閉高度調(diào)整。

本發(fā)明模鍛機(jī)封閉高度補(bǔ)償裝置，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用編碼器數(shù)字化技術(shù)，精確度高，進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償而實(shí)現(xiàn)封閉高度調(diào)整，調(diào)整準(zhǔn)確。模鍛機(jī)封閉高度直接數(shù)字顯示，無需用肉眼在傳統(tǒng)標(biāo)尺上讀數(shù)，誤差極小，精確度高，直觀性強(qiáng)。

4 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)踐證明，本公司采用以上發(fā)明創(chuàng)新的熱模鍛壓力機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，使用方便，故障率低，可為企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益，也將為我國(guó)鍛造企業(yè)的產(chǎn)業(yè)重組和轉(zhuǎn)型升級(jí)提供適合批量生產(chǎn)的裝備保障。