鍛造自動化對工藝和壓力機的技術要求（中）

文／徐祥龍·中國鍛壓協會頭腦風暴專家庫冷溫精鍛組首席專家

鍛造自動化對工藝和壓力機的技術要求（中）

文／徐祥龍·中國鍛壓協會頭腦風暴專家庫冷溫精鍛組首席專家

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

鍛造工藝與“跳料”的關系

在自動化鍛造中，有時會發生工序間坯料不是按節拍周期平穩頂出，而是突然從模腔中“蹦出”的現象，我們把這種現象叫“跳料”。自動化生產中一旦發生“跳料”，必然會造成機械手或夾鉗抓不到坯料，或發生夾持歪斜，導致送料不到位，使自動化生產自動中止。

實際上“跳料”現象在手動鍛造中是經常發生的，但手動操作能隨時靈活地處置好這種異常，鍛造生產很少會因為“跳料”而停止，因此沒有引起我們的特別注意。

“跳料”往往與工藝設計、模具狀態和設備性能有關。在鍛造工藝方面產生“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，當鍛件即將從模腔中被頂出時，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，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形成爆發效應。經觀察，潤滑液蒸氣膨脹時最容易噴發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的時侯。當滿足H1=H2的條件時，鍛件在大外圓和軸桿幾乎同時脫離凹模，模腔內積蓄的蒸氣一瞬間噴發，將鍛件從模腔內高速推出。進一步觀察和研究，發現當H1不等于H2時，一般不出現這種“跳料“現象。

避免潤滑液蒸氣噴發的措施：

圖9 冷卻-潤滑液蒸氣對“跳料”的影響

①適當加長鍛件桿部尺寸，使鍛件大外圓脫離凹模時，還有部分軸桿留在凹?？變?，這時，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摩擦系數較大，而鍛件一旦開始運動，與凹模間的摩擦系數會變得較小。

因此，鍛件在凹模中成形完畢，尚未開始頂出時，與凹模間存在著最大的摩擦力。當壓力機的工作臺頂出裝置開始頂料時，如果頂出裝置構件剛性不夠高，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，而頂出機構已產生彈性變形。當這種變形積蓄到一定程度時，頂出力克服了鍛件與凹模間的靜摩擦力，這時鍛件在凹模中開始滑動。一旦鍛件與凹模產生相對運動，摩擦性質立刻由靜摩擦轉變為動摩擦，這時摩擦力迅速減小，頂出機構的彈性將迅速釋放。如果彈性釋放的效應顯著，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”現象

鍛壓自動化對壓力機的技術要求

⑴鍛壓自動化對工作臺剛性頂出的剛度要求。

如前文所描述，壓力機工作臺頂出拉桿如果剛性不足，在鍛造的頂出運動中極易發生“跳料”，使自動化鍛造不能持續進行。

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

圖12頂出轉軸的扭轉剛性不容忽視

⑵對壓力機工作臺頂出協調性的要求。

①工作臺剛性頂出機構。

在當代先進的采用步進梁式多工位自動壓力機中，工作臺頂出機構采用機械式剛性頂出機構，其運動是與滑塊（主運動）剛性連接的，同時在一定范圍內可以微調。圖13所示為多工位壓力機的剛性頂出機構。

圖13 多工位壓力機的剛性頂出機構

這種剛性頂出機構的運動與滑塊保持嚴格的同步，因此步進梁可以在滑塊回程的有限時間和空間內完成坯料的夾持和傳送。目前國外大部分溫鍛和冷鍛自動壓力機采用這種模式。其特點是滑塊的行程很長，滑塊回程時給步進梁留有足夠的時間和空間，使步進梁在壓力機連續運轉的情況下能夠完成坯料的傳送。連續送料模式使壓力機發揮最高生產效率的同時，還能減少離合器和制動器的磨損，從而提高了設備使用壽命。但具備連續送料能力的壓力機因滑塊行程大，因此設備機體龐大。另外，工作臺剛性頂出系統結構復雜，致使設備造價昂貴。

②工作臺液壓頂出機構。

我們在鍛壓生產線的自動化改造時，發現有相當一部分鍛造壓力機的工作臺頂出機構采用了液壓頂出。理論上，液壓機構通過電氣和液壓控制，可以與滑塊同步運動。但是，由于液壓系統反應遲滯，更由于這種滯后隨著油溫和壓力的變化而不穩定，液壓頂出很難與滑塊保持嚴格的同步。因此，采用液壓頂出的鍛造壓力機，在采用步進梁送料機進行自動化改造時，原則上不采用連續送料的模式。

采用工作臺液壓頂出的壓力機主要是熱模鍛壓力機，這種壓力機滑塊的回程時間和空間不足以讓步進梁完成坯料的夾持與送料。因此，這一類壓力機用步進梁作自動化改造時，只能選用間歇送料模式。好在熱模鍛壓力機工作速度很高，即使采用間歇送料生產，也能達到較高的生產節拍。

我們在對液壓頂出的鍛造壓力機作自動化改造時，一定要檢查液壓頂出機構的剛性是否夠用。少數壓力機頂出系統液壓站功率偏小，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“跳料”發生概率增加。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剛性的有效措施。

當代先進的熱模鍛壓力機，如歐洲的一些先進型號，滑塊行程與傳統熱鍛壓力機相比加長很多，有的型號采用了雙離合器傳動甚至是伺服驅動，滑塊回程留給步進梁的時間充分可調。因此，當代先進熱模鍛壓力機大都采用連續鍛造模式。

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