鍛件伺服成形的節(jié)能節(jié)材與智能數(shù)控技術(shù)（下）

文/趙婷婷·山東理工大學

賈明全，袁德超·山東科匯電力自動化有限公司

崔來勝·淄博奧瑞科機電科技有限公司

鍛件伺服成形的節(jié)能節(jié)材與智能數(shù)控技術(shù)（下）

文/趙婷婷·山東理工大學

賈明全，袁德超·山東科匯電力自動化有限公司

崔來勝·淄博奧瑞科機電科技有限公司

《鍛件伺服成形的節(jié)能節(jié)材與智能數(shù)控技術(shù)（上）》見2016年第1期

節(jié)能節(jié)材效果

節(jié)材下料

鍛造下料分為有屑和無屑兩類。有屑下料鋸口損失1～5mm，耗材嚴重。為了淘汰有屑下料，鍛壓行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃要求：“精密剪切無屑加工，沒有鋸口損耗，除特硬材料外，在室溫下進行，沒有加熱損耗”，指出“自主研發(fā)具有我國特色的精密剪切設(shè)備是鍛造下料設(shè)備的發(fā)展方向”。為此，開關(guān)磁阻曲柄壓力機下料成套裝備應運而生。

影響斷面精度的主要因素是沖裁速度，通過開關(guān)磁阻調(diào)速，沖裁速度由目前的每分鐘十多次提高到近80次，精度達到斷面傾斜度≤1。，圓度≥0.96，塌角≤0.18，重量誤差±0.25%。開關(guān)磁阻曲柄壓力機剪斷下料取代鋸切下料后，切口耗材為0，節(jié)約鋸口材料100%，僅此一項，年均節(jié)材費用達數(shù)億元。

節(jié)材鍛造—無飛邊模鍛

無飛邊模鍛由開關(guān)磁阻伺服壓力機控制上模運動完成鍛造。圖5是青島青鍛公司生產(chǎn)的800t開關(guān)磁阻伺服式直驅(qū)螺旋壓力機，低速伺服電機由山東科匯電力自動化有限公司自主研發(fā)，其額定轉(zhuǎn)速為200r/min，峰值功率為200kW，控制器電流輸出達1000A。電機的轉(zhuǎn)子與螺旋壓力機的螺桿連在一起，中間沒有其他的傳動機構(gòu)（無帶傳動、齒輪傳動等），結(jié)構(gòu)最簡單，運行效率最高，電機直接數(shù)控運動，是目前所有螺旋壓力機中最為先進的機型。

圖5 開關(guān)磁阻伺服式直驅(qū)螺旋壓力機及其伺服電機

圖6 所示為630t開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機，由山東科匯電力自動化有限公司配合浙江慈溪生產(chǎn)廠在原設(shè)備上改造完成。伺服電機額定轉(zhuǎn)速為750r/min，電機功率為75kW，峰值功率為200kW，過載倍數(shù)達到3倍以上，通過帶傳動和齒輪傳動減速驅(qū)動曲柄連桿滑塊，摒棄了機械離合器、制動器、平衡缸和過載保護裝置，極大地簡化了機械結(jié)構(gòu)，徹底解決了悶車問題，實現(xiàn)了模鍛成形的數(shù)控伺服控制與無飛邊模鍛。

圖6 開關(guān)磁阻伺服曲柄壓力機及其冷鍛成形件

⑴閉式模鍛。

閉式模鍛兩模間間隙的方向與模具運動方向相平行。在模鍛過程中，兩模間間隙大小不變化，不設(shè)置飛邊。閉式模鍛的關(guān)鍵技術(shù)是可靠導向和運動控制，通過模具導柱導套，有效保證導向；開關(guān)磁阻數(shù)控，有效保證運動控制，使閉式模鍛獲得普及應用。圖7所示為青島青鍛公司的設(shè)備生產(chǎn)的閉式模鍛件。

圖7 閉式模鍛件

⑵閉塞模鍛。

閉塞模鍛是具有鍛件外輪廓形狀的模膛先閉合，然后將沖頭壓進模膛內(nèi)部，使金屬充滿模膛，使鍛件成形。閉塞模鍛的關(guān)鍵技術(shù)是雙動壓力機（圖8），需要液壓合模，螺旋主運動沖壓，同時模具導柱導套保證導向。

圖8 開關(guān)磁阻伺服式雙動壓力機結(jié)構(gòu)示意圖

節(jié)能效果

圖9 所示為開關(guān)磁阻伺服壓力機與傳統(tǒng)摩擦式壓力機在生產(chǎn)同樣產(chǎn)品的工況下，記錄的電流、功率、能耗曲線，曲線1為摩擦壓力機，曲線2為開關(guān)磁阻伺服壓力機，實際檢測證明，兩者相比，開關(guān)磁阻伺服壓力機單位產(chǎn)品節(jié)能率為67.86%，節(jié)能效果顯著。

圖9 能耗對比曲線

圖10 美國伊頓公司的生產(chǎn)車間

自動化無人車間技術(shù)

傳統(tǒng)壓力機的打擊能量和打擊力不可控制，不能實現(xiàn)自動化。開關(guān)磁阻伺服壓力機采用數(shù)字化控制設(shè)備主運動，由機械手控制進給運動，鍛造工藝流程用計算機程序互聯(lián)，鍛造生產(chǎn)過程自動控制、自動檢測、自動調(diào)節(jié)和自動管理，實現(xiàn)了整個車間自動化和無人化。圖10所示為美國伊頓公司在中國濟寧的開關(guān)磁阻伺服壓力機生產(chǎn)車間，整個車間無人操控，徹底解決了人工操控故障率高、用工成本高、工傷事故多發(fā)等難題，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了生產(chǎn)管理信息化。

結(jié)束語

當前鍛壓行業(yè)仍在沿用傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，技術(shù)落后，存在嚴重的耗能耗材問題。國外企業(yè)采用永磁伺服壓力機淘汰落后生產(chǎn)設(shè)備，但永磁系統(tǒng)可靠性差、價格昂貴，鍛壓工況屬于沖擊性負載，劇烈沖擊對永磁體壽命影響嚴重，因此，壓力機應選用無永磁體的開關(guān)磁阻伺服電機。新型鍛壓技術(shù)采用開關(guān)磁阻伺服壓力機，解決了耗能耗材問題，達到了節(jié)能節(jié)材、智能數(shù)控和近凈成形的目標要求。