文/李江國·海安北京機電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心

鍛造主機如何適應自動化智能化鍛造生產(chǎn)的要求（下）

文/李江國·海安北京機電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心

《鍛造主機如何適應自動化智能化鍛造生產(chǎn)的要求（上）》見《鍛造與沖壓》2017年第9期

圖12 齒輪上設計平衡塊對曲軸慣性力矩進行平衡

其他故障及分析

⑴封閉高度調節(jié)機構：調節(jié)精度低（電機增加制動器），傳動零件易壞。

⑵偏心軸銅瓦異常磨損。

①超載或偏載。修改工藝，需要噸位計監(jiān)控避免超載。

②異物進入。防止異物進入。

③潤滑不良。如果潤滑系統(tǒng)沒有問題，需要加大潤滑量。

⑶工作臺面塌陷。需要在模架與工作臺之間增加墊板，硬度介于模架與工作臺硬度之間。

⑷偏心軸斷裂。超載、鍛造缺陷、熱處理缺陷。

⑸平衡缸螺栓斷裂。平衡缸進出氣不暢，導致氣壓瞬間急劇升高。

⑹飛輪軸承故障。鍛造壓力機飛輪軸承一般是一對，要求軸承間隙為C3游隙組，并要求間隙一致。游隙過小，降低了軸承容許異物的能力，會導致軸承發(fā)熱嚴重而過快失效。飛輪不平衡也是導致飛輪軸承失效的原因之一。

⑺脹套松脫。如果選型合適，一般是由于配套的軸/孔表面粗糙度達不到要求導致的，或者是脹緊力不合適。

⑻如果有液壓系統(tǒng)，有時發(fā)現(xiàn)輸出力明顯下降。液壓油時間太久失效，液壓油一般一年內需要更換一次，如果使用率非常高，最好半年更換一次。

壓力機的振動

⑴壓力機振動（晃動）可帶來很多電氣故障，比如線路折斷和端子松脫等。

⑵壓力機的振動還會帶來壓力機零部件之間的沖擊，使故障增加，壽命降低。

⑶降低壓力機振動的方法有：盡可能降低不平衡帶來的動載荷（特別是曲軸和偏心軸的不平衡慣性力矩）：盡可能降低直線運動或平面運動部件（滑塊及其附件、連桿、多連桿）的質量，對飛輪進行平衡，提高傳動零件的加工精度，如圖12所示。齒輪上設計平衡塊對曲軸慣性力矩進行平衡。特別是要降低形位偏差，齒輪使用斜齒或人字齒并進行磨齒，如圖13所示。使用稀油潤滑減小結合面的間隙、離合器柔性結合降低擾力。

圖13 使用人字齒、磨齒降低振動

圖14 機械下頂出機構+液壓高保機構

圖15 氮氣彈簧上頂出

圖16 多連桿機構上頂出

圖17 凸輪機構上頂出

具有完善可靠的輔助機構

⑴下頂出機構。

①幾乎所有的鍛造工藝在鍛造結束后都會將鍛件留在下模腔（工作臺模腔）內，要順利實現(xiàn)自動鍛造，下頂出機構是必不可少的。

②常見的下頂出機構有：機械頂出+氣動高保/液壓高保和液壓頂出。

③液壓頂出結構簡單，速度可調，調試靈活，不需要專門的高保機構。機械頂出動作更加可靠，適合生產(chǎn)節(jié)拍較高的場合，但頂出速度曲線靠凸輪來控制，適應性較差，一般需要氣動或液壓高保機構配合來實現(xiàn)自動鍛造。

⑤對于機械下頂出機構（圖14）來講，工件彈跳是面臨的最大難題，產(chǎn)生的原因一般有三個：下頂出機構剛度低、脫模時頂桿速度過快、粘模（修改鍛造工藝）；下頂出機構適應自動化要求其具有足夠的剛度、盡可能降低脫模瞬間的頂出速度。

⑵上頂出機構。

①對于自動化鍛造主機來講，上頂出機構也是必不可少的，但是一般來講，鍛件留在上模的可能性較低，脫模力一般也較小，頂出力不需要太大，一般能夠達到下頂出力的1/3就可以了。

②上頂出機構一般有如下幾種方式：氮氣彈簧頂出（圖15）、機械頂出（多連桿機構或凸輪頂出機構，圖16和圖17）、液壓頂出（圖18）。

③凸輪式機械頂出行程一般較小，但是結構簡單，容易實現(xiàn)同步，比較常用。多連桿式機械頂出行程較大，氮氣彈簧上頂出是常見頂出方式，可以彌補下頂出彈跳，響應也比較快，但是氮氣彈簧有時候會使鍛件意外變形，不是所有的場合都適用（特別是有飛邊鍛造的場合），彈簧壽命一般較低，需要定期充氮氣，其頂出力也比較有限。液壓上頂出機構控制靈活，但是同步困難，最好單工位布置。

玉米種子貯藏期間含水量的變化是種子安全狀況的第二個指標，它與溫度變化有密切聯(lián)系。因此，種子含水量檢查周期，取決于種溫的變化。種溫在0℃以下時，每月檢查一次，0—20℃，每半月檢查一次，20℃以上時每10天檢查一次，30℃以上應每天檢查一次。檢查方法是三層五點十五處取樣，混合后測定。

⑶封閉高度調節(jié)機構。

鍛造主機使用的封閉高度調節(jié)機構分兩類：第一類是滑塊整體調整（偏心軸式見圖19、楔塊式見圖20），第二類是單工位分別調整（圖21）。

⑷模具模架快換裝置主要有三類。

①單工位模具更換裝置，機械換模臂(圖22)。

②模具模架整體快換裝置或換模小車。

③所有模具（不含模架）整體快換裝置，也叫副模架。

⑸平衡系統(tǒng)。一般來講，平衡系統(tǒng)的作用是平衡滑塊及連桿的重量，但是有些壓力機的動負荷較大，平衡系統(tǒng)的能力需要考慮這個因素。

適應鍛造工藝的需求和發(fā)展趨勢

⑴鍛造主機是為鍛造工藝服務的，新的更先進的鍛造工藝需要先進的鍛造主機做支撐，反過來，先進的鍛造主機又促進了鍛造工藝的發(fā)展。

⑵鍛造技術的發(fā)展方向。高精、高效、自動化/智能化、節(jié)能節(jié)材、降成本。

⑶鍛造主機的發(fā)展。除了前面提到的提高可靠性、降低故障率，完善可靠的輔助機構，伺服驅動是方向，另外工作臺面也需要增大、潤滑系統(tǒng)應該逐步普及稀油潤滑。

增大壓力機臺面寬度

⑴多工位鍛造使用越來越廣泛，工位數(shù)也越來越多，軸承環(huán)塔鍛、輪轂軸承內外圈鍛造和變速箱輸入輸出軸冷擠壓鍛造需要5工位。

圖18 液壓上頂出

圖19 偏心軸式封閉高度調節(jié)機構

圖20 楔塊式封閉高度調節(jié)機構

圖22 機械換模臂

⑵很多鍛件需要深型腔擠壓成形，模具應力（一般以拉應力的形式出現(xiàn)）很高，有時需要在模具外面增加應力圈來降低模具內拉應力。

⑶上述原因使得壓力機的臺面需要增加，增大壓力機工作臺面會導致壓力機的變形量以指數(shù)形式增大，使剛度大幅降低，如何增大壓力機臺面而又使壓力機的剛度不致太低是壓力機開發(fā)制造單位需要注意研究的地方。

壓力機的潤滑

⑴干油潤滑不需要回收，設計比較方便，國內采用干油潤滑的廠家居多。

⑵干油潤滑不易回收，造成現(xiàn)場環(huán)境比較臟，而且干油潤滑幾乎沒有散熱的功效。

⑶稀油潤滑既有潤滑的作用同時也有散熱的功效，對于高效率生產(chǎn)的壓力機來講，稀油潤滑是發(fā)展方向，另外稀油潤滑運動副的間隙也可以減小，有利于降低沖擊和振動。

其他

⑴主電機調速。近些年陸續(xù)出現(xiàn)熱/溫鍛造壓力機和冷/溫鍛造壓力機，壓力機的功能在擴展，由于鍛造工藝對滑塊線速度比較敏感，冷鍛一般要求壓力機的行程次數(shù)在20～25spm，熱鍛要求在60～100spm，溫鍛要求在20～50spm。為了適應上述要求，調速電機在鍛造主機上的應用越來越多。目前應用的調速電機有直流調速電機和變頻調速電機。

⑵連皮出口。很多熱鍛工藝有飛邊和連皮，飛邊一般可以由機械手取走，連皮需要通過壓力機排出，壓力機需要預留合理的連皮通道。

鍛造主機如何適應智能化鍛造生產(chǎn)

⑴前提：能夠實現(xiàn)高度自動化，如果無法實現(xiàn)自動化（可靠性是基本要求），智能化只能是笑談。

⑵在遇到自動線故障（包括模具模架、模具冷卻潤滑、自動傳送、中頻爐等）的情況下能夠快速停機，為避免造成自動化裝置和模具模架的損壞，靈敏、快速、可靠的制動必不可少。

⑶要有故障（原因和現(xiàn)象）統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)庫，在集合行業(yè)專家智能邏輯分析、判斷、提煉、歸納的基礎上，形成智能數(shù)據(jù)庫。

⑷要有變動要素（運動零部件運動狀態(tài)、磨損情況、振動情況）的全要素檢測（包括視覺檢測）、記錄和分析功能，根據(jù)變動情況，比對智能數(shù)據(jù)庫，預測可能發(fā)生的故障，甚至能夠預測鍛件的質量情況。

⑸控制系統(tǒng)還需要具備分層控制（包括安全控制），高速數(shù)據(jù)采集和對外信息高速交換功能。

⑹伺服驅動壓力機比較容易適應智能化鍛造生產(chǎn)。

結束語

⑴伺服壓力機優(yōu)點。

①滑塊運動和速度曲線任意可調，有很強的工藝適應性。

②結構簡單、重量輕、故障率低：不使用飛輪，甚至可以不使用離合器制動器，如果使用低速伺服電機，還可以省去壓力機的一級傳動，壓力機重量可以降低10%～20%。

③節(jié)能：由于沒有飛輪的頻繁加速和減速，可節(jié)約壓力機消耗能量（包括成形做功輸出的能量）的10%～20%。

④壓力機振動和噪聲低。計算和分析表明，壓力機在帶動滑塊啟動的瞬間，動載荷及其造成振動的振幅最大，伺服壓力機可以柔性啟動，大大降低壓力機的振幅，伺服壓力機噪聲峰值也比較低。

⑤是未來的發(fā)展方向。

⑵伺服壓力機缺點。

①投資大。采用伺服驅動必須完全放棄飛輪，飛輪削峰平谷的能量輸出特性是伺服電機所不具備的，因此所選電機功率必須大于做功過程的最大峰值功率，一般來講需增加3～5倍。以1250噸冷溫鍛造壓力機為例，使用飛輪時，直流電機的功率為340kW，如果使用伺服電機其功率要達到1100kW，超大功率伺服電機目前比較昂貴，多電機驅動的方式結構上比較復雜，其投資要遠超過普通電機+飛輪+離合器制動器的費用。

②使用費用高。電機功率大幅增加后，雖然比較節(jié)能、電費減少，但是所需變壓器增大帶來的增容費用很高，一般中小企業(yè)難以承受。