趙立慧

(太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024)

0 前言

隨著國(guó)內(nèi)外在石油化工、海洋工程、水電/核電、船舶、航空、重型機(jī)械等制造業(yè)中對(duì)大型自由鍛件的需求日益增多，高精度、高效率的大型化數(shù)控鍛造液壓機(jī)組及大型鍛件制造業(yè)，成為國(guó)家裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)行業(yè)，其發(fā)展水平已成為衡量一國(guó)綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一［1］。

自由鍛造液壓機(jī)(簡(jiǎn)稱鍛造液壓機(jī))是實(shí)現(xiàn)各種自由鍛壓力加工工藝的鍛造設(shè)備，具有通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)［2－3］，尤其適用于單件/小批量的大型化鍛件制造，而快速鍛造液壓機(jī)被普遍認(rèn)為是當(dāng)前自由鍛造設(shè)備發(fā)展的主要趨勢(shì)［4］。為了滿足鍛造作業(yè)基本工序的特定要求，如延伸、鐓粗、切割、精整等，快速鍛造液壓機(jī)常成套化與成線化地配置各種類型的鍛造工裝具［5］，包括鍛造操作機(jī)、快速換砧裝置及砧庫(kù)、縱向移動(dòng)工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)鍛造工作臺(tái)［6］、刀砧等，從而實(shí)現(xiàn)包括輔助環(huán)節(jié)在內(nèi)的機(jī)械化聯(lián)動(dòng)作業(yè)，提高“快鍛”機(jī)的生產(chǎn)效率。

1 鍛造液壓機(jī)刀砧的主要功能

現(xiàn)有技術(shù)條件下，大鍛件的自由鍛造工藝都會(huì)包含熱切這一工序，如鋼水冒口和料頭的切除以及下料等。由于人力手工切割操作的熱切工序耗時(shí)耗力，且存在安全隱患，甚至?xí)拗茐簷C(jī)正常能力的發(fā)揮［7］，故僅適用于小尺寸鍛件的生產(chǎn)情況。

刀砧是完成熱切工序的專用切割設(shè)備之一［8］，與人力手工切割操作相比，其能大大提高此工序的機(jī)械化與自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)率，改善鍛造車間安全環(huán)境，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，從而成為大型化快鍛液壓機(jī)常用的鍛造工裝具。

2 φ1700 mm 刀砧的結(jié)構(gòu)布置

如圖1 所示，一種用于鍛造液壓機(jī)的刀砧，由剁刀、刀座、上砧、導(dǎo)向塊和T 形頭螺栓等組成。

2.1 剁刀

剁刀1 的外形尺寸對(duì)其適用性能、維修及使用壽命均有一定程度的影響;為保證剁刀比較容易切入工件，刃口夾角設(shè)為6°為宜。剁刀上設(shè)置了起吊孔便于安裝和拆卸。通過螺栓5、螺母6 將剁刀安裝在刀座上;對(duì)于一般立式鍛造液壓機(jī)，從鍛件上脫落下的氧化皮，散落到鍛件下面的鍛造工具表面和周圍［3］，造成螺紋變形和損壞;為避免氧化皮的侵襲，螺母設(shè)計(jì)成一端封閉，可以起到保護(hù)螺紋、容易拆卸剁刀的作用。

圖1 刀砧結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure of knife anvil

剁刀在切割工序中受到強(qiáng)工作壓力、彎曲應(yīng)力以及持續(xù)高溫的多重作用，工作狀況十分惡劣，其主要失效形式為熱疲勞磨損和塑性變形［9－10］，從而造成剁刀比較容易損壞，成為易損耗品［11］。因此，剁刀在選用材料時(shí)應(yīng)綜合考慮其耐高溫性、強(qiáng)度、韌性、耐磨性、經(jīng)濟(jì)性等影響因素，選用5CrNiMo，加工后做調(diào)質(zhì)處理?？紤]到剁刀的易損耗性，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行良好的可維性設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)剁刀的維護(hù)、保養(yǎng)和快速更換，盡量縮短換刀時(shí)間，降低更換成本。

2.2 刀座

刀座2 主要作用是支撐剁刀，工作中主要受到壓應(yīng)力的作用，因此只要保證刀座的基體有足夠的強(qiáng)度，考慮到強(qiáng)度和材料成本的因素，材料優(yōu)先選用ZG20CrMo。

刀座上設(shè)置了起吊孔便于安裝和拆卸;還開有U 型槽，保證剁刀順利裝入刀座且不晃動(dòng)為宜，以減少危害更大的彎曲應(yīng)力的作用。

刀座兩端分別帶有正反掛鉤，用于與其它鍛造工具(如平砧、V 形砧)砧子的相互掛鉤，實(shí)現(xiàn)各個(gè)砧子的快速更換。

2.3 上砧

上砧3 在工作中受到高溫、壓應(yīng)力的共同作用，受力情況比較惡劣，與鍛件接觸處比較容易損壞。在選用材料時(shí)應(yīng)考慮材料的耐高溫、強(qiáng)度、韌性;綜合考慮以上因素，上砧選用5CrNiMo;并且上砧與鍛件接觸處宜設(shè)計(jì)成園角，光滑過渡以減少應(yīng)力集中。同時(shí)，上砧的高度尺寸預(yù)留了一定的磨損后的刨削加工量，以便延長(zhǎng)上砧的使用壽命。

刀砧的上砧部分與平砧的相同，可以通用。借助于安裝在活動(dòng)橫梁上的夾緊和旋轉(zhuǎn)裝置，由操作臺(tái)液壓控制，可以實(shí)現(xiàn)上砧的快速更換。

2.4 導(dǎo)向塊

當(dāng)砧子橫向移動(dòng)時(shí)，刀砧下部在導(dǎo)向塊4 中間移動(dòng)，兩側(cè)的導(dǎo)向塊起導(dǎo)向的作用，同時(shí)起到防止下砧產(chǎn)生歪斜的作用。

T 形頭螺栓7 穿過工作臺(tái)上表面的T 形槽，和螺母8、銷9 一起將導(dǎo)向塊固定在移動(dòng)工作臺(tái)上。為避免氧化皮的侵襲，螺母設(shè)計(jì)成一端封閉，可以起到保護(hù)螺紋、容易安裝和拆卸的作用。

3 工作過程

鍛造液壓機(jī)的刀砧是一套鍛造工具，適用于鍛件的切割作業(yè)。與其它鍛造工具一樣由上位機(jī)預(yù)先編制好每套砧子的上下砧的位置編號(hào)，根據(jù)每種鍛件的鍛造程序?qū)φ枳拥南群筮M(jìn)行調(diào)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)砧子的自動(dòng)更換。

鍛造工具調(diào)配關(guān)系如圖2 所示，刀砧、平砧、V 形砧和摔圓模分別裝在砧子橫向移動(dòng)裝置上和砧庫(kù)中，與移動(dòng)工作臺(tái)配合實(shí)現(xiàn)各個(gè)砧子的快速更換;砧子橫向移動(dòng)裝置與移動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向成正交設(shè)計(jì)布置，可以放置和交錯(cuò)使用3 種不同的下砧，以將工具更換所需時(shí)間限制到最低程度［5］。

圖2 鍛造工具調(diào)配關(guān)系圖Fig.2 Matching relationship of forging tools

砧子橫向移動(dòng)裝置的拖板的端部帶有一個(gè)倒鉤，能夠與臨近帶有正鉤的砧座相互掛鉤。每個(gè)砧子兩端分別帶有正反掛鉤，可以相互連接，經(jīng)常與拖板掛鉤連接并且保持在支承框架上的砧子有兩個(gè)，如一個(gè)刀砧和一個(gè)平砧。砧子橫向移動(dòng)裝置上的第三個(gè)砧位即可借助油缸的行程從砧庫(kù)中調(diào)用所需砧子，或更換時(shí)將砧子送回砧庫(kù)。

平砧調(diào)入壓機(jī)中心后，由夾緊和旋轉(zhuǎn)裝置將上砧固定在動(dòng)梁上;由砧子橫向移動(dòng)裝置把下砧移出，再把刀砧的下砧部分(包括剁刀、刀座等)移至壓機(jī)的中心位置。分兩步把鍛件切開;首先由操作機(jī)夾持鍛件放在剁刀的合適位置上，剁刀不動(dòng)，上砧向下加壓，一般情況下，第一次切入深度比工件直徑的一半要稍大點(diǎn);然后上砧抬起，并預(yù)留出操作空間，操作機(jī)夾持鍛件抬起并旋轉(zhuǎn)180°后，再放在剁刀上，上砧再次向下加壓，將鍛件完全切斷。上砧抬起，下砧移至砧庫(kù)，進(jìn)行下一個(gè)工序。

4 結(jié)語

鍛造液壓機(jī)的刀砧由太原重工股份有限公司技術(shù)中心開發(fā)設(shè)計(jì)，可切割直徑1700mm 的鍛件。替代了原始人工操作，切割刀具的尺寸不再受人力限制，是一種安全的鍛件切割設(shè)備;可以實(shí)現(xiàn)快速更換，還可以與操作機(jī)聯(lián)動(dòng)，減少了停機(jī)時(shí)間、減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度、延長(zhǎng)了工具的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了鍛造液壓機(jī)剁切工序自動(dòng)化，提高了自由鍛造生產(chǎn)效率。

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