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      鍛造主機(jī)如何適應(yīng)自動(dòng)化智能化鍛造生產(chǎn)的要求(下)

      2017-06-27 08:08:47李江國(guó)海安北京機(jī)電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心
      鍛造與沖壓 2017年11期
      關(guān)鍵詞:模架壓力機(jī)飛輪

      文/李江國(guó)·海安北京機(jī)電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心

      鍛造主機(jī)如何適應(yīng)自動(dòng)化智能化鍛造生產(chǎn)的要求(下)

      文/李江國(guó)·海安北京機(jī)電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心

      《鍛造主機(jī)如何適應(yīng)自動(dòng)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(shè)計(jì)平衡塊對(duì)曲軸慣性力矩進(jìn)行平衡

      其他故障及分析

      ⑴封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu):調(diào)節(jié)精度低(電機(jī)增加制動(dòng)器),傳動(dòng)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(jì)監(jiān)控避免超載。

      ②異物進(jìn)入。防止異物進(jìn)入。

      ③潤(rùn)滑不良。如果潤(rùn)滑系統(tǒng)沒有問題,需要加大潤(rùn)滑量。

      ⑶工作臺(tái)面塌陷。需要在模架與工作臺(tái)之間增加墊板,硬度介于模架與工作臺(tái)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(jìn)出氣不暢,導(dǎo)致氣壓瞬間急劇升高。

      ⑹飛輪軸承故障。鍛造壓力機(jī)飛輪軸承一般是一對(duì),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(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱嚴(yán)重而過快失效。飛輪不平衡也是導(dǎo)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(dá)不到要求導(dǎo)致的,或者是脹緊力不合適。

      ⑻如果有液壓系統(tǒng),有時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出力明顯下降。液壓油時(shí)間太久失效,液壓油一般一年內(nèi)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(jī)的振動(dòng)

      ⑴壓力機(jī)振動(dòng)(晃動(dòng))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(jī)的振動(dòng)還會(huì)帶來壓力機(jī)零部件之間的沖擊,使故障增加,壽命降低。

      ⑶降低壓力機(jī)振動(dòng)的方法有:盡可能降低不平衡帶來的動(dòng)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(yùn)動(dòng)或平面運(yùn)動(dòng)部件(滑塊及其附件、連桿、多連桿)的質(zhì)量,對(duì)飛輪進(jìn)行平衡,提高傳動(dòng)零件的加工精度,如圖12所示。齒輪上設(shè)計(jì)平衡塊對(duì)曲軸慣性力矩進(jìn)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(jìn)行磨齒,如圖13所示。使用稀油潤(rùn)滑減小結(jié)合面的間隙、離合器柔性結(jié)合降低擾力。

      圖13 使用人字齒、磨齒降低振動(dòng)

      圖14 機(jī)械下頂出機(jī)構(gòu)+液壓高保機(jī)構(gòu)

      圖15 氮?dú)鈴椈缮享敵?/p>

      圖16 多連桿機(jī)構(gòu)上頂出

      圖17 凸輪機(jī)構(gòu)上頂出

      具有完善可靠的輔助機(jī)構(gòu)

      ⑴下頂出機(jī)構(gòu)。

      ①幾乎所有的鍛造工藝在鍛造結(jié)束后都會(huì)將鍛件留在下模腔(工作臺(tái)模腔)內(nèi),要順利實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鍛造,下頂出機(jī)構(gòu)是必不可少的。

      ②常見的下頂出機(jī)構(gòu)有:機(jī)械頂出+氣動(dòng)高保/液壓高保和液壓頂出。

      ③液壓頂出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,速度可調(diào),調(diào)試靈活,不需要專門的高保機(jī)構(gòu)。機(jī)械頂出動(dòng)作更加可靠,適合生產(chǎn)節(jié)拍較高的場(chǎng)合,但頂出速度曲線靠凸輪來控制,適應(yīng)性較差,一般需要?dú)鈩?dòng)或液壓高保機(jī)構(gòu)配合來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鍛造。

      ⑤對(duì)于機(jī)械下頂出機(jī)構(gòu)(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(gè):下頂出機(jī)構(gòu)剛度低、脫模時(shí)頂桿速度過快、粘模(修改鍛造工藝);下頂出機(jī)構(gòu)適應(yīng)自動(dòng)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(jī)構(gòu)。

      ①對(duì)于自動(dòng)化鍛造主機(jī)來講,上頂出機(jī)構(gòu)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(dá)到下頂出力的1/3就可以了。

      ②上頂出機(jī)構(gòu)一般有如下幾種方式:氮?dú)鈴椈身敵觯▓D15)、機(jī)械頂出(多連桿機(jī)構(gòu)或凸輪頂出機(jī)構(gòu),圖16和圖17)、液壓頂出(圖18)。

      ③凸輪式機(jī)械頂出行程一般較小,但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)同步,比較常用。多連桿式機(jī)械頂出行程較大,氮?dú)鈴椈缮享敵鍪浅R婍敵龇绞?,可以彌補(bǔ)下頂出彈跳,響應(yīng)也比較快,但是氮?dú)鈴椈捎袝r(shí)候會(huì)使鍛件意外變形,不是所有的場(chǎng)合都適用(特別是有飛邊鍛造的場(chǎng)合),彈簧壽命一般較低,需要定期充氮?dú)?,其頂出力也比較有限。液壓上頂出機(jī)構(gòu)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(gè)指標(biāo),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(shí),每月檢查一次,0—20℃,每半月檢查一次,20℃以上時(shí)每10天檢查一次,30℃以上應(yīng)每天檢查一次。檢查方法是三層五點(diǎn)十五處取樣,混合后測(cè)定。

      ⑶封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

      鍛造主機(jī)使用的封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分兩類:第一類是滑塊整體調(diào)整(偏心軸式見圖19、楔塊式見圖20),第二類是單工位分別調(diào)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(jī)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(jī)的動(dòng)負(fù)荷較大,平衡系統(tǒng)的能力需要考慮這個(gè)因素。

      適應(yīng)鍛造工藝的需求和發(fā)展趨勢(shì)

      ⑴鍛造主機(jī)是為鍛造工藝服務(wù)的,新的更先進(jìn)的鍛造工藝需要先進(jìn)的鍛造主機(jī)做支撐,反過來,先進(jìn)的鍛造主機(jī)又促進(jìn)了鍛造工藝的發(fā)展。

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

      ⑶鍛造主機(jī)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(jī)構(gòu),伺服驅(qū)動(dòng)是方向,另外工作臺(tái)面也需要增大、潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)該逐步普及稀油潤(rùn)滑。

      增大壓力機(jī)臺(tái)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(nèi)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(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

      圖20 楔塊式封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

      圖22 機(jī)械換模臂

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

      ⑶上述原因使得壓力機(jī)的臺(tái)面需要增加,增大壓力機(jī)工作臺(tái)面會(huì)導(dǎo)致壓力機(jī)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(jī)臺(tái)面而又使壓力機(jī)的剛度不致太低是壓力機(jī)開發(fā)制造單位需要注意研究的地方。

      壓力機(jī)的潤(rùn)滑

      ⑴干油潤(rùn)滑不需要回收,設(shè)計(jì)比較方便,國(guó)內(nèi)采用干油潤(rùn)滑的廠家居多。

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

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

      其他

      ⑴主電機(jī)調(diào)速。近些年陸續(xù)出現(xiàn)熱/溫鍛造壓力機(jī)和冷/溫鍛造壓力機(jī),壓力機(jī)的功能在擴(kuò)展,由于鍛造工藝對(duì)滑塊線速度比較敏感,冷鍛一般要求壓力機(jī)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(yīng)上述要求,調(diào)速電機(jī)在鍛造主機(jī)上的應(yīng)用越來越多。目前應(yīng)用的調(diào)速電機(jī)有直流調(diào)速電機(jī)和變頻調(diào)速電機(jī)。

      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(jī)械手取走,連皮需要通過壓力機(jī)排出,壓力機(jī)需要預(yù)留合理的連皮通道。

      鍛造主機(jī)如何適應(yīng)智能化鍛造生產(chǎn)

      ⑴前提:能夠?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化,如果無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化(可靠性是基本要求),智能化只能是笑談。

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

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

      ⑷要有變動(dòng)要素(運(yùn)動(dòng)零部件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、磨損情況、振動(dòng)情況)的全要素檢測(cè)(包括視覺檢測(cè))、記錄和分析功能,根據(jù)變動(dòng)情況,比對(duì)智能數(shù)據(jù)庫(kù),預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障,甚至能夠預(yù)測(cè)鍛件的質(zhì)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(duì)外信息高速交換功能。

      ⑹伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)比較容易適應(yīng)智能化鍛造生產(chǎn)。

      結(jié)束語(yǔ)

      ⑴伺服壓力機(jī)優(yōu)點(diǎn)。

      ①滑塊運(yùn)動(dòng)和速度曲線任意可調(diào),有很強(qiáng)的工藝適應(yīng)性。

      ②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)器,如果使用低速伺服電機(jī),還可以省去壓力機(jī)的一級(jí)傳動(dòng),壓力機(jī)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(jī)消耗能量(包括成形做功輸出的能量)的10%~20%。

      ④壓力機(jī)振動(dòng)和噪聲低。計(jì)算和分析表明,壓力機(jī)在帶動(dòng)滑塊啟動(dòng)的瞬間,動(dòng)載荷及其造成振動(dòng)的振幅最大,伺服壓力機(jī)可以柔性啟動(dòng),大大降低壓力機(jī)的振幅,伺服壓力機(jī)噪聲峰值也比較低。

      ⑤是未來的發(fā)展方向。

      ⑵伺服壓力機(jī)缺點(diǎn)。

      ①投資大。采用伺服驅(qū)動(dòng)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(jī)所不具備的,因此所選電機(jī)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(jī)為例,使用飛輪時(shí),直流電機(jī)的功率為340kW,如果使用伺服電機(jī)其功率要達(dá)到1100kW,超大功率伺服電機(jī)目前比較昂貴,多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜,其投資要遠(yuǎn)超過普通電機(jī)+飛輪+離合器制動(dòng)器的費(fèi)用。

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

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