鋼球高速鐓鍛機改造

鄒立平，滕 飛，姚成良

（瓦房店軸承集團有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300）

0 引言

上世紀(jì)80年代從美國引進的鋼球高速鐓鍛機，生產(chǎn)效率高，但同時對料材要求也高。由于當(dāng)時國內(nèi)技術(shù)水平及市場方面原因，導(dǎo)致設(shè)備閑置了幾十年。根據(jù)出口美國汽車軸承生產(chǎn)的需要，公司決定對高速鐓鍛機進行功能性改造，用于加工圓錐滾子。為此，需解決以下問題：①降低鐓鍛頻次，使坯料在工位切換及落料過程中有充分的時間；②加設(shè)開鉗機構(gòu)，保證在上下模具接觸坯料瞬間開鉗，以保證鉗指持續(xù)扶正功能，降低廢品率；③對主機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)進行全面檢修，保證設(shè)備工作的可靠性、穩(wěn)定性。

1 高鐓機改造前狀況

1.1 高鐓機構(gòu)成

鋼球高速鐓鍛機由機械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及送料系統(tǒng)、校直系統(tǒng)構(gòu)成，采用單工位冷鐓方式。由一個55kW電機、通過一對傳動比為3的帶輪驅(qū)動，帶動主軸、凸輪、傘齒輪及連桿控制和完成坯料的切斷、工位切換及鐓鍛，鐓鍛頻次300min-1。

1.2 存在問題

原設(shè)備制造于1984年，其機械系統(tǒng)的許多零部件磨損、老化甚至失效，電控系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的許多元器件功能受損、可靠性較差，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運行。加工圓錐滾子時，由于主電機不能調(diào)速，無法降低設(shè)備的鐓鍛頻次，使沖壓后的滾子落料不可靠，造成設(shè)備運行中斷、運料鉗指和沖壓模具損壞。較高的鐓鍛頻次還會影響到機械系統(tǒng)零部件的使用壽命，尤其是打料針的使用壽命相對較低。

2 高鐓機改造后狀況

2.1 主機部分改造

首先對鋼球高速鐓鍛機機械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等進行全面檢修，更換了部分零部件和元器件，提高了主機工作的可靠性，使高鐓機初步具備了沖壓試驗的運行狀態(tài)。結(jié)合圓錐滾子沖壓特點，重新設(shè)計制造了切料模具、沖壓模具、送料裝置和相應(yīng)輔助裝置，反復(fù)進行調(diào)整、改進和完善。

2.2 開鉗機構(gòu)的加入及工作原理

鋼球高速鐓鍛機鉗指脫開是靠上下模具夾料瞬間，利用自身回撤力從坯料中拽出，對鋼球而言，這種方式對沖壓后零件精度并無影響。但沖壓圓錐滾子，當(dāng)坯料被鉗指夾持剛好處于上下模具夾料瞬間，如有一橫向力作用，將影響坯料在模具間的穩(wěn)定性，造成零件沖壓精度降低，甚至出現(xiàn)廢品。另外，圓錐滾子沖壓模具較鋼球沖壓模具在結(jié)構(gòu)上存在差異，也不適合于這種力的存在。針對該問題，設(shè)計引入開鉗機構(gòu)，使開鉗動作和主運動有機聯(lián)系在一起，形成了機械聯(lián)鎖。

圖1 鉗指及開鉗機構(gòu)圖

如圖1所示，開鉗機構(gòu)的座板固聯(lián)在上下沖頭座體上。斜塊把固在上沖頭上，可實現(xiàn)上下左右及前后微調(diào)，并把開鉗的動作引入到主運動中，從而形成機械動作連鎖。工作時，在主電機的驅(qū)動下，通過一系列機械傳動，使固聯(lián)在滑枕上的上沖頭模具在連桿的帶動下向下沖頭快速趨近，這時，把固在上沖頭上的斜塊隨著這個運動也向前趨近，其斜面作用滾輪，當(dāng)斜塊運動到滾輪達到其斜面最高點時，通過杠桿、鉗指壓輪而使動鉗指完全脫開坯料并由于機械連鎖動作的原因而撤回，有效解除了原坯料所受的徑向力。當(dāng)鉗指撤回后，把固在上沖頭上的斜塊也隨之撤回，在彈簧的作用下，杠桿抬起并受限位頂絲約束，以便下一循環(huán)鉗指向前運料時不與杠桿接觸，免受外力干擾，提高鉗指夾料的可靠性。

2.3 電氣控制部分改造

電氣控制系統(tǒng)的改造主要包括兩部分：主傳動的變頻調(diào)速部分和整機運行與安全控制部分。

冷鐓機的加工節(jié)拍是由主驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速決定的，原主驅(qū)動電機速度不可調(diào)，生產(chǎn)節(jié)拍固定在300min-1左右。由于產(chǎn)品原因，原固定節(jié)拍的加工方式不能滿足生產(chǎn)需要，因此對主傳動部分進行了變頻調(diào)速改造。從調(diào)速范圍和調(diào)速精度方面考慮，采用具有速度傳感器的矢量控制方式，通過變頻器的自動參數(shù)識別功能，在調(diào)試階段取得電機的有關(guān)參數(shù)，保證在調(diào)速范圍和調(diào)速精度上，滿足工藝要求。

變頻調(diào)速原理圖如圖2所示。

原整機運行與安全控制部分采用繼電器硬接線的控制方式，接線復(fù)雜，故障率高，維修難度大。為提高設(shè)備的可靠性，除必要的安全回路采用硬接線方式外，其余邏輯控制部分采用小型PLC集中控制，主要包括上料、矯直、工件計數(shù)控制、各種互鎖控制等等。

3 結(jié)語

圖2 變頻調(diào)速原理圖

通過對鋼球高速鐓鍛機的全面檢修、功能恢復(fù)，變頻調(diào)速改造以及加設(shè)開鉗功能，使高鐓機達到了設(shè)定目標(biāo)。改造后的設(shè)備，采用盤圓料加工滾子，恢復(fù)了原有設(shè)備功能。通過變頻調(diào)速，實現(xiàn)鐓鍛頻次的調(diào)整，保證設(shè)備運行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。調(diào)整范圍可在100～250min-1之間任意設(shè)定。滾子成型精度滿足產(chǎn)品工藝要求，沖壓同軸度小于0.10，滾子長度公差控制在0.20以內(nèi)，開鉗功能的加入，降低了沖壓廢品率。經(jīng)試驗驗證，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料的合理選擇還有待于改進和完善。還需進一步研究熱處理方法和表面處理方法，研究模具制造工藝，從而提高滾子成型精度和模具的使用壽命。

[1] 吳麗霞，等.一種自動冷鐓機半成品送料系統(tǒng)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49（2）.

[2] 關(guān)景奇.自動鐓鍛機的沖頭頂出機構(gòu)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1993，28（3）.