C92K 型數(shù)控全液壓模鍛錘的可靠性分析與改進

劉軍武

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 寶雞 722409）

0 引言

近年來，全球工業(yè)隨著自動化、數(shù)字化的不斷推進而飛速發(fā)展，鍛造行業(yè)的設(shè)備也發(fā)生著日新月異的進步。數(shù)控全液壓模鍛錘（圖1）因其打擊能量及工序可以實現(xiàn)數(shù)字化精確控制，易于實現(xiàn)自動化連線，鍛件精度高，被廣泛應(yīng)用于精密鍛件的生產(chǎn)過程中。

圖1 數(shù)控全液壓模鍛錘示意圖

但與鍛造行業(yè)其他設(shè)備相比，數(shù)控錘的工作環(huán)境最為惡劣，由于原理及結(jié)構(gòu)的限制，數(shù)控錘的振動最為劇烈，再加上高溫、高粉塵的影響，數(shù)控錘在發(fā)展初期的可靠性并不理想，明顯低于其他類型的鍛壓設(shè)備。

公司有三臺數(shù)控錘已經(jīng)使用十多年。經(jīng)過對近十年來數(shù)控錘的故障記錄進行分析總結(jié)，得出影響數(shù)控錘可靠性的主要因素有以下幾個方面：

（1）導軌潤滑系統(tǒng)故障率較高，導致錘頭導軌潤滑不充分，導軌及錘頭磨損較快；

（2）下頂出結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，導致公司閉式鍛造不能在數(shù)控錘上大批量推廣；

（3）安全機構(gòu)設(shè)計繁瑣，中間環(huán)節(jié)過多，導致可靠性差；

（4）充液油箱及空濾設(shè)計考慮不周，后續(xù)維修不便；

（5）主電機及其底板設(shè)計存在缺陷，可靠性差。

針對以上五方面的問題，通過多次優(yōu)化設(shè)計及持續(xù)改進，來提高數(shù)控錘的可靠性。

1 導軌潤滑系統(tǒng)可靠性改進

1.1 問題分析

（1）原潤滑站選型不合理。原導軌潤滑系統(tǒng)選用的潤滑站型號為XHZ-G0-1Y2.5，流量僅為0.1L/min，容積為2L；容積、流量都過小，操作者每班需要加油2 次方可保證導軌潤滑充足，油箱缺油風險較大。

（2）分油器選型不合理。原潤滑系統(tǒng)選用的是管路連接體一分四結(jié)構(gòu)，且油管為快插式軟管，由于數(shù)控錘振動較大，經(jīng)常造成分油器快插接頭漏油；且該分油器四個出口的油量控制不準確，四面導軌的潤滑油量差異較大，近端處的導軌潤滑過量油品浪費，遠端處的導軌潤滑不足導軌拉傷。

（3）以上問題造成了數(shù)控錘導軌板由于潤滑不良急劇磨損，導軌板緊固螺栓頻繁斷裂，導軌板每月需要用增加墊片的方法調(diào)整一次導軌間隙，每年需更換一套全新導軌板；同時，導軌潤滑的不足也造成了錘頭的急劇磨損，鍛件錯差不穩(wěn)，鍛件質(zhì)量難以保證。

1.2 改進設(shè)計

（1）潤滑站的選型。根據(jù)現(xiàn)場實際使用條件選用貝奇爾RH-1.4KXHA 型潤滑單元，容積90L，帶油品過濾、壓力調(diào)節(jié)、液位報警、潤滑頻率調(diào)整等功能。操作者每月只需加油一次，與原來相比大大減輕了操作者的工作量，同時大大減低了導軌缺油的風險。

（2）分油器選型。選用貝奇爾柱塞式遞進分油器，一進四出。利用原來分油器的位置安裝固定。遞進式分油器可以保證四面導軌潤滑油量相同，油壓穩(wěn)定，且不會漏油。

（3）改進效果。改進為新的導軌潤滑系統(tǒng)后效果明顯，錘頭及導軌板的壽命提高了5 倍，原來每月調(diào)整一次變?yōu)槊? 個月調(diào)整一次；錘頭及導軌的可靠性提升明顯。

2 下頂出機構(gòu)可靠性改進

2.1 改進背景

隨著閉式鍛造工藝的日趨完善且閉式鍛造經(jīng)濟效益顯著提升，數(shù)控錘上推行閉式鍛造勢在必行。而閉式鍛造工藝必須要求設(shè)備的頂出系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。但由于數(shù)控錘原始頂出系統(tǒng)的設(shè)計缺陷，導致整個頂出系統(tǒng)故障率居高不下，造成該類設(shè)備無法適合大批量、高強度的閉式鍛件生產(chǎn)，必須要對數(shù)控錘的下頂出系統(tǒng)進行二次設(shè)計，且新設(shè)計的方案還要考慮舊模座的二次利用，因為舊模座造價較高，淘汰實屬浪費。

2.2 問題分析

（1）頂出油缸設(shè)計缺陷。如圖2 所示，原頂出系統(tǒng)在正常工況下，由于鍛件的氧化皮會沿著頂出頂桿孔與頂桿之間的間隙進入頂出油缸，而氧化皮的硬度過高，拉傷了活塞桿及活塞密封，使得整個頂出系統(tǒng)的壽命不到15 個工作日就會出現(xiàn)嚴重漏油。

圖2 原頂出油缸設(shè)計缺陷

（2）頂出裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷。如圖3 所示，原頂出的設(shè)計結(jié)構(gòu)活塞桿大頭在下方，無法從上方取頂出活塞桿，使得更換新活塞桿及密封十分困難，需要完全拆卸模座，方可從模座下方取出活塞桿更換。而拆卸模座的工作強度很大，一般需要5～7 天，有時候甚至需要氣割破壞模座或楔子，才能取出活塞桿。

圖3 原頂出結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷

以上原因造成數(shù)控錘在生產(chǎn)閉式鍛件時，下頂出的可靠性較差，根本無法滿足大批量、高強度的閉式鍛造生產(chǎn)。

2.3 結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

（1）頂出結(jié)構(gòu)的改進。如圖4 所示，將頂出機構(gòu)由原來的貫穿式設(shè)計為嵌入式結(jié)構(gòu)，維修整個頂出油缸時只需從上方取出，而不需要拆卸模座從下方拆出，方便了維修，節(jié)約了時間，提高了效率；同時，重新設(shè)計油缸的高度尺寸，增加油缸活塞桿的過度塊設(shè)計，避免了活塞桿與模具的直接接觸，阻止了氧化皮進入油缸且減少了活塞桿頂部的磨損。

圖4 頂出結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

（2）頂出油缸的改進。如圖5 所示，重新設(shè)計頂出活塞桿的密封結(jié)構(gòu)及密封形式（增加2 道Y 型聚氨酯密封設(shè)計），增加活塞桿的防塵效果（更改傳統(tǒng)防塵圈為進口高分子組合防塵圈），阻止氧化皮脫模劑進入頂出活塞腔，延長密封件的壽命；設(shè)計活塞桿的銅質(zhì)導向套，導向作用更好且減少活塞桿磨損拉傷。將活塞桿設(shè)計為整體氮化處理，提高活塞桿表面硬度的同時與材料的融合性增強不易掉層。

圖5 頂出油缸改進設(shè)計

（3）頂出油缸裝配的改進。創(chuàng)新設(shè)計整個頂出系統(tǒng)的裝配結(jié)構(gòu)，采用分離式卡塊設(shè)計，如圖6，使頂出油缸及活塞都可以從模座上部安裝拆卸，同時不影響使用效果，該結(jié)構(gòu)工作時為整圓結(jié)構(gòu)，阻止油缸套上下竄動；維修時，取下卡簧，變?yōu)榉蛛x的六塊，可以分別取出該部件，即可取出整個活塞進行維修更換。

圖6 分離式卡塊設(shè)計

（4）改進效果。下頂出改進完成后，徹底解決了數(shù)控錘閉式鍛造工藝推廣的設(shè)備瓶頸，為企業(yè)節(jié)約大量大材料成本。同時，該部位改進后，完全實現(xiàn)了數(shù)控錘頂出機構(gòu)和模座同壽命，只需每年更換一次密封即可，且不需要拆卸模座就可更換；節(jié)約了下頂出系統(tǒng)的備件采購成本及維修時間，提高了數(shù)控錘的可靠性。

3 安全支撐機構(gòu)改進

3.1 原錘頭安全機構(gòu)問題分析

錘頭安全機構(gòu)主要用于當操作者需要維修、更換模具時將錘頭安全平穩(wěn)地支撐，它是對操作者進行人身安全保護的機構(gòu)，必須萬無一失。而原錘頭安全機構(gòu)為PC 控制的氣動及機械結(jié)構(gòu)（圖7），它包含PC、壓縮空氣、氣缸控制閥、氣缸、連接機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)6 個環(huán)節(jié)，在使用過程之中，這6 個環(huán)節(jié)只要一個出現(xiàn)過問題就會造成安全機構(gòu)失效，危及操作者安全。人身安全是設(shè)備的重中之重，而安全機構(gòu)方面應(yīng)該首先考慮的是安全、可靠、直接、方便檢查。而此安全機構(gòu)動作繁瑣，操作者很難發(fā)現(xiàn)異常，具有安全隱患；在日常的使用過程中，這個機構(gòu)的可靠性很差。

圖7 原錘頭安全機構(gòu)

3.2 改進優(yōu)化設(shè)計

完全放棄數(shù)控錘氣—機聯(lián)動的安全支撐方式，采用純機械結(jié)構(gòu)（圖8），合頁式設(shè)計，分為固定部分及活動部分，活動部分用于支撐錘頭，固定部位分連接設(shè)備基礎(chǔ)，更換或維修模具需要支撐錘頭時，展開活動部位用于安全支撐，不需要支撐時，合并收攏，節(jié)約空間；該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單直接，操作者不宜誤操作，避免了許多中間環(huán)節(jié)，減少了影響安全的不可靠因素且提高了設(shè)備的可靠性。

圖8 安全機構(gòu)改進設(shè)計

4 充液油箱及空濾優(yōu)化改進

4.1 問題分析

（1）充液油箱安裝于設(shè)備的最上部位置，內(nèi)部有充液閥及通往主閥芯的油路。原充液箱為內(nèi)翻邊設(shè)計，安裝螺栓位于油箱內(nèi)部的四周，安裝不便，且數(shù)量多達30 個，由于數(shù)控錘的振動頻繁，很容易造成充液箱的安裝螺栓斷裂且不被發(fā)現(xiàn)，而斷裂的螺栓進入充液箱后，隨油液進一步進入液壓系統(tǒng)油路，造成液壓系統(tǒng)故障。

（2）數(shù)控錘油箱的空濾原始設(shè)計位于蓄能器和電機之間，整個空濾完全安裝在電機底板上，如圖9所示，用8-M10 的螺栓連接，高度達450mm，重心較高；數(shù)控錘每天近萬次的打擊振動，造成空濾安裝螺栓頻繁斷裂，空濾掉落，油品暴露于環(huán)境之中被粉塵污染。

圖9 原空濾設(shè)計

4.2 優(yōu)化改進

（1）利用原來的安裝孔及位置，改進充液油箱結(jié)構(gòu)，由內(nèi)翻邊安裝改為外翻邊安裝，這樣安裝螺栓全部外露，拆卸方便，且螺栓斷裂后不會進入液壓油路，避免了液壓系統(tǒng)由于充液箱螺栓斷裂而引發(fā)的故障；

（2）空濾重新選型，并將空濾的安裝支座重新設(shè)計，將空濾大部分設(shè)計在油箱以下，使整個過濾器重心沉入油箱內(nèi)部，露出部分只有80mm，徹底解決空濾容易損壞的問題，同時油品也不易被污染。

5 主電機及油泵底板優(yōu)化改進

5.1 主電機及其底板的問題點分析

數(shù)控錘的主電機為90kW 的抗震電機，它靠8個M18 的螺栓豎直安裝在電機底板上，如圖10 所示。而螺栓只有緊固作用，且螺栓與螺孔之間有2mm左右的間隙；主電機的下方連接的是主泵，主泵受液壓系統(tǒng)壓力的變化，從而間歇式的頻繁加載，會對主電機產(chǎn)生間隙式的扭矩沖擊，每天數(shù)萬次的扭矩沖擊造成主電機的螺栓松動、剪斷、失效，主電機螺紋孔擴大損壞，主電機燒壞。

圖10 原主電機安裝

5.2 主電機及其底板的改進優(yōu)化

改進主電機及其底板的連接結(jié)構(gòu)，增加減少扭矩沖擊的設(shè)計，在主電機及電機安裝座上設(shè)計14mm 寬鍵槽，安裝定位鍵，使主電機在承受螺栓緊固力的基礎(chǔ)上可以承受油泵產(chǎn)生的扭矩沖擊，避免了電機安裝螺栓松動斷裂及失效，提高了主電機的可靠性。

6 結(jié)束語

經(jīng)過多年持續(xù)不斷的對數(shù)控錘故障的分析、總結(jié)、改進，先后完成了數(shù)控錘潤滑系統(tǒng)、下頂出系統(tǒng)、錘頭安全支撐機構(gòu)、充液箱、主電機安裝座等部位的改進優(yōu)化，使得數(shù)控電液錘該類設(shè)備的可靠性明顯提升，設(shè)備故障大大減小，設(shè)備綜合效率也有最初的不足30%提高了到60%以上。