鍛造機械壓力機下頂料裝置結構設計

邱玉良，李立豐，彭鑫亮，王鵬波

（1.榮成華東鍛壓機床股份有限公司，山東 榮成 264300；2.山東邁特力重機有限公司，山東 德州 251200）

目前，市場上鍛造機械壓力機下頂料裝置大多為凸輪式，另外還有少量氣動式。這兩種下頂料裝置主要用于機械壓力機鍛造及鍛造后頂出零件；其特點是具有高保頂出功能，便于夾持零件，實現自動化生產。但如今，制造業迅猛發展，市場競爭激烈，制造企業對所采購設備提出了更高要求——降低能耗、提高效率、綠色生產。這兩種頂料方式都存在著一定缺陷，不能很好地滿足市場需求。

凸輪式機械下頂料裝置能量損耗大，結構較復雜、制造成本高；并且凸輪式機械下頂料裝置還有頂料完成后，復位時沖擊大，凸輪、復位彈簧磨損快，上擺桿容易磨損、折斷、與凸輪卡死、維修成本高等現象，提高了生產成本、影響生產效率，不符合當前制造企業對綠色節能生產的要求。最主要的是超過公稱力30%以上的下頂料鍛擠或拉伸力要求，凸輪式機械下頂料裝置就無法實現。

氣動式下頂料是將氣缸懸掛在底座下面，活塞桿與頂料桿直接相連，通過氣缸的運動，直接頂料，該機構結構簡單、工作可靠，但頂出力較小，僅用于零件沖壓后從模具內將零件頂出，不能滿足鍛擠工作要求。目前只在對頂料力要求不高的少量小型機械壓力機上使用。

本文在分析了前兩種頂料裝置結構的基礎上，創造性發明了機械壓力機杠桿式機械下頂料裝置和齒輪齒條式機械下頂料裝置。第一種通過杠桿機構，實現了滑塊下落時頂料桿頂出的相對運動，實現了同步鍛造零件，減少了工序，節約了成本；并可通過設置杠桿中間支點座的位置，調節杠桿力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實現下頂料重載下鍛擠或拉伸的特殊要求。輔助氣缸直接安裝在頂料座上，活塞桿（下頂桿）、上頂桿直接頂料，提高了能量的利用率。

第二種齒輪齒條式機械下頂料裝置通過齒條與導軌滑動配合，齒輪帶動支座內的軸轉動，軸上裝有凸輪，通過凸輪轉動將下頂桿及上頂桿頂起。在上頂桿處還裝有頂料杠桿，杠桿一端與機身側面裝有氣缸活塞桿相連，氣缸活塞桿繼續向上運動，帶動杠桿將上頂桿繼續頂出，并保持，便于鍛件的抓取?；瑝K兩側拉桿、齒條與齒輪剛性傳動，實現了滑塊下落時下頂料頂出的相向運動，完成上下模具同時鍛擠或拉伸零件。

所采用的機械壓力機杠桿式機械下頂料裝置和齒輪齒條式機械下頂料裝置具有結構簡單、緊湊，安全可靠，機械效率高，下頂料力大，制造成本低，維修簡單，綠色節能等優點，延長壓力機及模具的使用壽命、提高鍛件精度和成型產品工藝性的效果。

1 凸輪式機械下頂料裝置結構原理

圖1 凸輪式機械下頂料裝置

如圖1所示，凸輪式機械下頂料裝置是將曲軸的旋轉力，通過凸輪機構將扭矩轉化為擺桿帶動拉桿上下運動的力，再通過連桿將拉桿上下運動的力轉化為轉動的扭矩，最后通過下頂料軸轉動將扭矩再轉化為頂料桿向上的頂料力，與滑塊同步動作實現零件的鍛造；機械頂料動作完成后，滑塊向上回程時，輔助氣缸開始啟動，氣缸活塞桿連接在連桿上，通過連桿、下頂料軸，采用與機械頂料相同的動作，繼續將頂料桿向上頂出，將鍛件從下模腔里頂出并在最高位置保持一段時間（便于夾持鍛件），至此，完成整個頂料過程。

2 氣動式下頂料裝置結構原理

氣動式下頂料是將氣缸懸掛在底座下面，如圖2所示，活塞桿與頂料桿直接相連，通過氣缸的運動，直接頂料，該機構結構簡單、工作可靠，但頂出力較小，僅用于零件沖壓后從模具內將零件頂出，不能滿足鍛擠工作要求。目前只在對頂料力要求不高的少量小型機械壓力機上使用。

圖2 氣動式下頂料裝置

3 杠桿式機械下頂料裝置結構原理

機械壓力機杠桿式機械下頂料裝置，包括螺母、球面墊圈、上拉桿、支架、鎖緊螺母、調節螺母、下拉桿、導向銅套、支點座、螺母、拉桿接頭、支座、杠桿、氣缸總成、滑塊、機身、電磁閥、套、接油盤、自潤滑銅套、上頂桿、頂料座、下頂桿、軸用擋圈、銷軸等。

其特征是兩側拉桿通過各支架直接固定在滑塊上，拉桿分上下兩部分，中間用調節螺母連接，根據裝模高度不同要求用于調整拉桿的長度。下拉桿下端與拉桿接頭通過銷軸、自潤滑銅套實現固定連接，拉桿接頭與橫向設置的杠桿外端通過銷軸、自潤滑銅套實現轉、滑動連接，杠桿中部與設置在機身上的支點座轉動連接，杠桿另一端通過銷軸、自潤滑銅與滾輪連接，滾輪與頂料座下底面滾動連接，頂料座下端有導向槽，滾輪沿導向槽滾動。頂料座上端裝有上頂桿，中間裝有下頂桿，即氣缸活塞桿，頂料座下端還裝有輔助氣缸，氣缸通過電磁閥控制動作?；瑝K帶動拉桿向下運動時，拉桿推動杠桿運動，將頂料座頂起，頂料座再將上頂桿頂起，實現鍛擠或拉伸頂料的過程；在機械頂料完成后，滑塊向上返程時通過相反動作，頂料座向下回程，上頂桿通過自重下落，頂料座下落時，氣缸啟動克服向下運動的力，活塞桿（下頂桿）向上頂出，使上頂桿繼續向上頂出，將鍛件從下模腔里頂出并在最高位置保持一段時間（便于夾持鍛件）。

圖3 杠桿式機械下頂料裝置

具體工作過程為：上拉桿3通過支架4固定在滑塊16上，調節螺母6將上拉桿3與下拉桿7連接到一起，并且可通過改變上拉桿4與下拉桿7在調節螺母6中的擰入深度，調節拉桿總長，從而實現與滑塊16裝模高度同步調整要求。下拉桿7下端與拉桿接頭12固定連接，拉桿接頭12與橫向設置的杠桿14外端通過銷軸33、自潤滑銅套35實現轉、滑動連接，杠桿14中部與設置在機身上的支點座10轉動連接，杠桿14另一端通過銷軸37、自潤滑銅套 36與滾輪13連接，滾輪13與頂料座30下底面滾動連接，頂料座30下端有導向槽，滾輪13沿導向槽滾動?？赏ㄟ^設置中間支點座10的位置，調節杠桿力臂尺寸比例，達到需要的頂料行程和頂緊力。頂料座30下端固定有氣缸總成15，氣缸通過電磁閥19控制動作，氣缸的活塞桿即為下頂桿32，下頂桿32穿過頂料座30中間，上端與頂料座30上端等高，上頂桿29就座在下頂桿31與頂料座30上端，機身右側還裝有電磁閥19，控制氣缸的進氣、出氣，頂料座30中間還有接油盤25用于回收用戶頂料過程中使用的冷卻液。

圖4 杠桿式機械下頂料裝置

通過滑塊16帶動兩側上、下拉桿3、7向下運動，推動擺桿14圍繞支點座10作杠桿運動，將頂料座30頂起，頂料座30再向上將上頂桿29頂起，實現頂料的動作；在機械頂料動作完成后，滑塊16向上返程時通過同樣的杠桿動作，頂料座30向下回程，上頂桿29則通過自重下落，頂料座30下落時，氣缸開始啟動克服向下運動的力，活塞桿（下頂桿）向上頂出，使上頂桿29繼續向上頂出，將完工的鍛件從下模腔里頂出并在最高位置保持一段時間（便于夾持鍛件）。通過杠桿機構，實現了滑塊16下落時下頂料裝置頂出的相對運動，可實現上下模具同步鍛擠或拉伸零件加工要求，減少了工序，節約了成本；并可通過設置杠桿14中間支點座10的位置，調節杠桿14力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實現下頂料重載下鍛擠或拉伸的要求。

通過杠桿機構，實現了滑塊下落與頂料桿同時頂出的相對運動，可實現上下模具同步鍛造零件，減少了工序，節約了成本；并可通過設置杠桿中間支點座的位置，調節杠桿力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實現下頂料重載下鍛擠或拉伸的特殊要求。輔助氣缸直接安裝在頂料座上，活塞桿（下頂桿）、上頂桿直接頂料，提高了能量的利用率。

4 齒輪齒條式下頂料裝置結構原理

如圖5所示，兩側上拉桿3通過其支架12安裝在滑塊11上，調節螺母4將上拉桿3與下拉桿5連接到一起，并且可通過改變上拉桿與下拉桿在調節螺母中的擰入深度，調節滑塊11裝模高度的同時調節拉桿3、5的總長。下拉桿5通過連接套9與齒條33連接，齒條33通過齒條座31、導軌32上下滑動，與齒輪34（一級或兩級）嚙合，齒輪通過平鍵22固定在軸20上，軸20固定在支座18與銅套19孔內，軸20中部裝有凸輪29，凸輪29用平鍵30及隔套17固定，裝配時可通過調節凸輪29的轉角，達到需要的頂料行程，凸輪29上方即是下頂桿28及上頂桿27，上頂桿27下方穿過杠桿6，杠桿6的一端固定在氣缸7的活塞桿上，氣缸7通過氣缸支座8安裝在機身13左側，杠桿6另一端通過銷軸14、銅套15及支座16固定在機身右側機身13內。

圖5 齒輪齒條傳動下頂料裝置示意圖

通過滑塊11帶動拉桿5向下運動，拉桿5帶動齒條33向下運動，齒條33推動齒輪34及軸20旋轉，帶動凸輪29擺動，將下頂桿28頂起，下頂桿28向上推動上頂桿27頂起，實現頂料的動作?；瑝K11帶動兩側拉桿5向下運動，拉桿5帶動齒條33在齒條座31的導軌32上運動，齒條33上下運動帶動齒輪34（一級或兩級）旋轉，通過齒輪34旋轉帶動軸20及凸輪29轉動，凸輪29將下頂桿28及上頂桿27頂起，實現鍛擠或拉伸頂料的過程；滑塊11向上返程時通過拉桿5帶動齒條33向上運動推動齒輪34、軸20反向旋轉，凸輪29反向轉動，下頂桿28靠自重開始落下。在機械頂料完成時，杠桿6正好處于水平位置，氣缸7通過電磁閥控制開始啟動，氣缸7的活塞桿推動杠桿6自由端繼續向上運動，帶動上頂桿27繼續頂出，并保持，便于鍛件的抓取?；瑝K11兩側拉桿5、齒條33與齒輪34剛性傳動，實現了滑塊11下落時下頂料28頂出的相向運動，完成上下模具同時鍛擠或拉伸零件。

5 總結

機械壓力機杠桿式機械下頂料裝置和齒輪齒條式下頂料裝置實現機械壓力機下頂料裝置的同步鍛擠或拉伸，避免因不同步造成的鍛件廢品，提高能量利用率，避免了沖擊，保護了模具和鍛件。并可通過設置杠桿中間支點座的位置，調節杠桿力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實現下頂料重載下鍛擠或拉伸的要求。

機械壓力機杠桿式機械下頂料裝置和齒輪齒條式下頂料裝置具有結構簡單、緊湊，安全可靠，機械效率高，下頂料力大，制造成本低，維修簡單，綠色節能等優點，延長壓力機及模具的使用壽命、提高鍛件精度和成形產品工藝性的效果。