文／徐祥龍·中國鍛壓協(xié)會(huì)頭腦風(fēng)暴專家?guī)炖錅鼐懡M首席專家

鍛造自動(dòng)化對工藝和壓力機(jī)的技術(shù)要求（中）

文／徐祥龍·中國鍛壓協(xié)會(huì)頭腦風(fēng)暴專家?guī)炖錅鼐懡M首席專家

《鍛造自動(dòng)化對工藝和壓力機(jī)的技術(shù)要求（上）》見《鍛造與沖壓》2017年第1期

鍛造工藝與“跳料”的關(guān)系

在自動(dòng)化鍛造中，有時(shí)會(huì)發(fā)生工序間坯料不是按節(jié)拍周期平穩(wěn)頂出，而是突然從模腔中“蹦出”的現(xiàn)象，我們把這種現(xiàn)象叫“跳料”。自動(dòng)化生產(chǎn)中一旦發(fā)生“跳料”，必然會(huì)造成機(jī)械手或夾鉗抓不到坯料，或發(fā)生夾持歪斜，導(dǎo)致送料不到位，使自動(dòng)化生產(chǎn)自動(dòng)中止。

實(shí)際上“跳料”現(xiàn)象在手動(dòng)鍛造中是經(jīng)常發(fā)生的，但手動(dòng)操作能隨時(shí)靈活地處置好這種異常，鍛造生產(chǎn)很少會(huì)因?yàn)椤疤稀倍Ｖ?，因此沒有引起我們的特別注意。

“跳料”往往與工藝設(shè)計(jì)、模具狀態(tài)和設(shè)備性能有關(guān)。在鍛造工藝方面產(chǎn)生“跳料”的原因主要有以下幾種：

⑴溫鍛的模具冷卻-潤滑液的影響。

溫鍛成形工序中，當(dāng)鍛件即將從模腔中被頂出時(shí)，凹模中殘留的冷卻-潤滑液在溫鍛毛坯高溫烘烤下，潤滑液迅速氣化，形成的高壓蒸氣膨脹爆發(fā)，將鍛件噴出凹模而引起“跳料”。

潤滑液蒸氣只有在封閉的空間才會(huì)形成爆發(fā)效應(yīng)。經(jīng)觀察，潤滑液蒸氣膨脹時(shí)最容易噴發(fā)并造成跳料的場合是如圖9中鍛件臺階尺寸H1等于或接近于凹模臺階尺寸H2的時(shí)侯。當(dāng)滿足H1=H2的條件時(shí)，鍛件在大外圓和軸桿幾乎同時(shí)脫離凹模，模腔內(nèi)積蓄的蒸氣一瞬間噴發(fā)，將鍛件從模腔內(nèi)高速推出。進(jìn)一步觀察和研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)H1不等于H2時(shí)，一般不出現(xiàn)這種“跳料“現(xiàn)象。

避免潤滑液蒸氣噴發(fā)的措施：

圖9 冷卻-潤滑液蒸氣對“跳料”的影響

①適當(dāng)加長鍛件桿部尺寸，使鍛件大外圓脫離凹模時(shí)，還有部分軸桿留在凹?？變?nèi)，這時(shí)，軸桿與凹模間的摩擦力足以留住鍛件不被潤滑液蒸氣推開；

②加高或降低凹模壁高度，使H2＜H1，或者在凹模壁靠近端面處加工幾個(gè)對稱的出氣槽，使鍛件在頂出凹模前先將潤滑液蒸氣泄放掉（見圖10）。

⑵鍛件與凹模摩擦系數(shù)的影響。

我們知道，鍛件與凹模之間存在著摩擦，而且鍛件在凹模中的靜態(tài)摩擦系數(shù)較大，而鍛件一旦開始運(yùn)動(dòng)，與凹模間的摩擦系數(shù)會(huì)變得較小。

因此，鍛件在凹模中成形完畢，尚未開始頂出時(shí)，與凹模間存在著最大的摩擦力。當(dāng)壓力機(jī)的工作臺頂出裝置開始頂料時(shí)，如果頂出裝置構(gòu)件剛性不夠高，那么在頂出的初始階段，頂出力尚未克服鍛件與凹模間的靜摩擦力，而頂出機(jī)構(gòu)已產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)這種變形積蓄到一定程度時(shí)，頂出力克服了鍛件與凹模間的靜摩擦力，這時(shí)鍛件在凹模中開始滑動(dòng)。一旦鍛件與凹模產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，摩擦性質(zhì)立刻由靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，這時(shí)摩擦力迅速減小，頂出機(jī)構(gòu)的彈性將迅速釋放。如果彈性釋放的效應(yīng)顯著，就可能將鍛件彈出模腔（見圖11）。

圖10 避免模具冷卻-潤滑劑蒸氣爆發(fā)造成”跳料”的措施

圖11 工作臺頂出裝置剛性不足造成的“跳料”現(xiàn)象

鍛壓自動(dòng)化對壓力機(jī)的技術(shù)要求

⑴鍛壓自動(dòng)化對工作臺剛性頂出的剛度要求。

如前文所描述，壓力機(jī)工作臺頂出拉桿如果剛性不足，在鍛造的頂出運(yùn)動(dòng)中極易發(fā)生“跳料”，使自動(dòng)化鍛造不能持續(xù)進(jìn)行。

頂出裝置中對機(jī)構(gòu)的剛性容易忽視的不光是拉桿，工作臺下面的頂出轉(zhuǎn)軸（如圖12所示）更容易被疏忽。

圖12頂出轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)剛性不容忽視

⑵對壓力機(jī)工作臺頂出協(xié)調(diào)性的要求。

①工作臺剛性頂出機(jī)構(gòu)。

在當(dāng)代先進(jìn)的采用步進(jìn)梁式多工位自動(dòng)壓力機(jī)中，工作臺頂出機(jī)構(gòu)采用機(jī)械式剛性頂出機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)是與滑塊（主運(yùn)動(dòng)）剛性連接的，同時(shí)在一定范圍內(nèi)可以微調(diào)。圖13所示為多工位壓力機(jī)的剛性頂出機(jī)構(gòu)。

圖13 多工位壓力機(jī)的剛性頂出機(jī)構(gòu)

這種剛性頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與滑塊保持嚴(yán)格的同步，因此步進(jìn)梁可以在滑塊回程的有限時(shí)間和空間內(nèi)完成坯料的夾持和傳送。目前國外大部分溫鍛和冷鍛自動(dòng)壓力機(jī)采用這種模式。其特點(diǎn)是滑塊的行程很長，滑塊回程時(shí)給步進(jìn)梁留有足夠的時(shí)間和空間，使步進(jìn)梁在壓力機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下能夠完成坯料的傳送。連續(xù)送料模式使壓力機(jī)發(fā)揮最高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還能減少離合器和制動(dòng)器的磨損，從而提高了設(shè)備使用壽命。但具備連續(xù)送料能力的壓力機(jī)因滑塊行程大，因此設(shè)備機(jī)體龐大。另外，工作臺剛性頂出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使設(shè)備造價(jià)昂貴。

②工作臺液壓頂出機(jī)構(gòu)。

我們在鍛壓生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造時(shí)，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分鍛造壓力機(jī)的工作臺頂出機(jī)構(gòu)采用了液壓頂出。理論上，液壓機(jī)構(gòu)通過電氣和液壓控制，可以與滑塊同步運(yùn)動(dòng)。但是，由于液壓系統(tǒng)反應(yīng)遲滯，更由于這種滯后隨著油溫和壓力的變化而不穩(wěn)定，液壓頂出很難與滑塊保持嚴(yán)格的同步。因此，采用液壓頂出的鍛造壓力機(jī)，在采用步進(jìn)梁送料機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造時(shí)，原則上不采用連續(xù)送料的模式。

采用工作臺液壓頂出的壓力機(jī)主要是熱模鍛壓力機(jī)，這種壓力機(jī)滑塊的回程時(shí)間和空間不足以讓步進(jìn)梁完成坯料的夾持與送料。因此，這一類壓力機(jī)用步進(jìn)梁作自動(dòng)化改造時(shí)，只能選用間歇送料模式。好在熱模鍛壓力機(jī)工作速度很高，即使采用間歇送料生產(chǎn)，也能達(dá)到較高的生產(chǎn)節(jié)拍。

我們在對液壓頂出的鍛造壓力機(jī)作自動(dòng)化改造時(shí)，一定要檢查液壓頂出機(jī)構(gòu)的剛性是否夠用。少數(shù)壓力機(jī)頂出系統(tǒng)液壓站功率偏小，液壓站安裝位置離頂出油缸距離過大，并且使用了剛性較差的高壓液壓軟管，這一切都使頂出剛性降低，鍛件頂出時(shí)“跳料”發(fā)生概率增加。因此，加大液壓站功率、縮短液壓站到頂出油缸的距離，將高壓液壓軟管換成厚壁無縫鋼管，都是增加液壓頂出系統(tǒng)剛性的有效措施。

當(dāng)代先進(jìn)的熱模鍛壓力機(jī)，如歐洲的一些先進(jìn)型號，滑塊行程與傳統(tǒng)熱鍛壓力機(jī)相比加長很多，有的型號采用了雙離合器傳動(dòng)甚至是伺服驅(qū)動(dòng)，滑塊回程留給步進(jìn)梁的時(shí)間充分可調(diào)。因此，當(dāng)代先進(jìn)熱模鍛壓力機(jī)大都采用連續(xù)鍛造模式。

《鍛造自動(dòng)化對工藝和壓力機(jī)的技術(shù)要求（下）》見《鍛造與沖壓》2017年第5期