伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備的研發(fā)

文/尋寶明，胡建華·江蘇省徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司

本文介紹了伸縮套三工位生產(chǎn)工藝對設(shè)備的要求；伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點，包括主機(jī)參數(shù)特點及設(shè)計優(yōu)化、液壓系統(tǒng)設(shè)計、電氣設(shè)計等內(nèi)容；伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)；伸縮套三工位冷擠壓成形的優(yōu)勢。

簡單來說，傳動軸是由軸管、伸縮套和十字萬向節(jié)構(gòu)成的。伸縮套會根據(jù)行車狀況需要來自動的調(diào)節(jié)變速器和驅(qū)動橋之間的距離，是汽車傳動軸上非常關(guān)鍵的部件。舊型的傳動軸伸縮套是將花鍵套筒與凸緣叉型件焊接在一起，將花鍵軸焊在傳動軸管上。新型的傳動軸伸縮套一改舊型結(jié)構(gòu)，將花鍵套與傳動軸管焊接成一體，將花鍵軸與凸緣叉型件制成一體。

冷擠壓成形工藝是切削少或不用切削制造機(jī)械零件的方法，冷擠壓成形制作的零件精度相對高、生產(chǎn)效率高、成本低，適用于大批量生產(chǎn)。冷擠壓成形工藝需要精確的模具和工藝參數(shù)，同時更需要選擇專用設(shè)備。冷擠壓技術(shù)是中國工業(yè)化生產(chǎn)中受到重視的技術(shù)，是精密塑性體積成形技術(shù)中的一個重要組成部分。冷擠壓成形的原理是在原始冷態(tài)下就能夠?qū)崿F(xiàn)零部件的成形，將金屬毛坯材料放在模具內(nèi)，通過專用設(shè)備提供的壓力，按照特定的速度進(jìn)行作用，使坯料在模具腔內(nèi)擠壓成形，生產(chǎn)出合格的零件。

伸縮套三工位冷擠壓生產(chǎn)的優(yōu)勢

節(jié)約材料，降低成本，提高生產(chǎn)效率

冷擠壓技術(shù)主要是應(yīng)用到了金屬的塑性變形，減少了工業(yè)切割這一環(huán)節(jié)，這樣便會減少產(chǎn)生一些邊角余料，最大程度的利用到所有的材料，使得材料利用率超過80%，極大程度的節(jié)約了原材料。另外能夠以高標(biāo)準(zhǔn)做到物盡其用，使得工業(yè)成本大大降低。對于三工位冷擠壓工藝來說，相對于其他的技術(shù)，由于其省去了不必要的加工及切割環(huán)節(jié)，也就節(jié)省了大部分的時間，使得整體的生產(chǎn)效率大大提升，節(jié)約勞動成本，從而降低了每個零件的成本。伸縮套三工位成形零件示意圖見圖1。

圖1 伸縮套三工位成形零件示意圖

制造工藝更加精確

通過冷擠壓技術(shù)，可以根據(jù)所需鍛件的要求，制造出不同的尺度以及不同精確度的零件，對于零件表面的不同粗糙及光滑程度要求，都可以一一滿足。通過對零件的質(zhì)量進(jìn)行控制，在后期進(jìn)行合格驗收，發(fā)現(xiàn)零件的精確度和表面粗糙度能夠達(dá)到圖紙要求。

零件的力學(xué)性能有保障

通過冷擠壓技術(shù)生產(chǎn)的伸縮套，會在零件的內(nèi)部形成設(shè)計需要的纖維分布，最后再通過冷加工硬化大大提高伸縮套的強(qiáng)度。另外，通過冷擠壓技術(shù)完成的合格的伸縮套表面形成了一定程度的壓應(yīng)力，能夠使伸縮套的耐疲勞強(qiáng)度得到很大的提升。對此，對于原本需要進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的伸縮套來說，用冷擠壓技術(shù)便能夠達(dá)到可以省略熱處理工藝的目的。

伸縮套三工位生產(chǎn)工藝對設(shè)備的要求

設(shè)備臺面小，偏載大

根據(jù)成形零件及模具的尺寸要求，該設(shè)備的有效臺面(長×寬)為1400mm×1100mm。該工藝為三工位冷擠壓，第一工位為定位工位，第二工位和第三工位為成形工位，并且三個工位同時加壓成形，會導(dǎo)致設(shè)備存在較大的偏載，對設(shè)備的抗偏載性能要求較高。三工位示意圖見圖2。

圖2 三工位示意圖

設(shè)備精度要求高

設(shè)備的垂直度、壓制過程中的平行度、滑塊的定位精度對于零件的成形質(zhì)量有很大影響。垂直度及平行度的偏差將導(dǎo)致零件的報廢，影響生產(chǎn)效率和制造成本。由于該設(shè)備需滿足步進(jìn)式機(jī)械手自動化生產(chǎn)要求，對工件的最終位置要求較高，特別是工件的頂出。如果工件的位置差別較大機(jī)械手無法正常抓取工件，會導(dǎo)致整個自動化生產(chǎn)線無法穩(wěn)定運(yùn)行。

三套頂出系統(tǒng)

根據(jù)三工位成形工藝要求，設(shè)備需要三套獨(dú)立的頂出系統(tǒng)，并且具有單獨(dú)控制功能。三套頂出系統(tǒng)的頂出力也具備單獨(dú)調(diào)節(jié)功能。

伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點

使用條件見表1。

表1 伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備使用條件

機(jī)器結(jié)構(gòu)形式和功能

(1)設(shè)備由整體框架式主機(jī)、伺服液壓傳動系統(tǒng)、稀油潤滑系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等組成。

(2)設(shè)備的操作方式設(shè)有調(diào)整、手動、半自動、全自動四種操作方式。操作方式由轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行選擇。

(3)頂出缸的工藝動作方式為：帶頂出、不帶頂出；動作方式由轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行選擇。

(4)設(shè)備本體機(jī)身為整體框架結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，剛性和強(qiáng)度都達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(5)滑塊為上加壓結(jié)構(gòu)形式，滑塊導(dǎo)向為斜楔式四角八面導(dǎo)軌導(dǎo)向，導(dǎo)向長度比傳統(tǒng)設(shè)備要大得多。

(6)液壓系統(tǒng)主控制系統(tǒng)采用二通插裝閥集成系統(tǒng)。

(7)液壓系統(tǒng)主油泵采用伺服高壓泵，額定壓力25MPa，最高壓力31.5MPa。

(8)電氣控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器和觸摸屏控制。可以數(shù)字顯示和控制滑塊的壓力、行程，還可以顯示壓力機(jī)的工作信息。

(9)主油缸和三個頂出缸均采用活塞式油缸，采用進(jìn)口密封圈密封。

(10)機(jī)器配有可移動操作按鈕站，機(jī)身上設(shè)有急停按鈕，保證操作人員和設(shè)備安全。

(11)本機(jī)動力系統(tǒng)放置在主機(jī)的上梁平面，電氣箱根據(jù)車間布局確定安放位置，操作箱放置在機(jī)器右前方，方便操作者操作。

(12)本機(jī)設(shè)有光電安全保護(hù)裝置、安全維修平臺。移動按鈕站設(shè)有雙手操作按鈕，液壓系統(tǒng)設(shè)有過載保護(hù)裝置和液壓安全支撐保險回路，可以保證設(shè)備操作人員的安全和設(shè)備安全。

(13)液壓系統(tǒng)設(shè)有油位指示、油液冷卻和過濾系統(tǒng)，油液冷卻選用工業(yè)空調(diào)冷卻。

(14)主缸壓力采用伺服泵控系統(tǒng)，壓力可在觸摸屏上顯示和設(shè)定，調(diào)壓范圍為公稱壓力的5%～100%。

(15)滑塊行程和頂出行程位移可數(shù)字顯示和控制，位移檢測采用高精度數(shù)字量磁柵尺檢測，位移顯示通過觸摸屏顯示。

(16)液壓系統(tǒng)中關(guān)鍵部位設(shè)有壓力檢測點，通過壓力檢測點可以快速診斷液壓機(jī)出現(xiàn)的故障和監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)。

電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)分為動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分，動力部分包括控制總電源，各個電動機(jī)的啟停及保護(hù)開關(guān)等，采用伺服電機(jī)驅(qū)動。

控制部分包括電氣柜、操作箱和移動按鈕站，電氣柜的放置位置根據(jù)車間布局確定，操作箱放置在機(jī)器右前立柱上。電氣箱安裝有PLC可編程序控制系統(tǒng)，可完成對該機(jī)的全部動作的控制，操作箱可完成該機(jī)的全部動作的操作，操作箱上設(shè)有液壓機(jī)全部動作的操作按鈕、功能轉(zhuǎn)換開關(guān)、觸摸屏、各個電機(jī)的啟停按鈕及各部分的故障報警提示、監(jiān)視指示燈等。

電氣控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器控制，可通過彩色觸摸屏顯示和參數(shù)設(shè)定。通過彩色觸摸屏可以提前設(shè)置工藝參數(shù)并存儲，比如滑塊行程、壓制壓力和保壓時間等。

本擠壓設(shè)備具有預(yù)先設(shè)定滑塊位置(工藝所需要的行程)和滑塊速度變換(由快降變?yōu)槁賶褐?位置的功能，滑塊在快速轉(zhuǎn)慢速時有相應(yīng)的液壓系統(tǒng)，可以做到平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換，避免了振動和沖擊，滑塊在回到上死點前能自動減速。設(shè)備主要參數(shù)見表2。

表2 伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備主要參數(shù)

設(shè)備操作方式和工藝動作

(1)本專用擠壓設(shè)備具有調(diào)整、手動、半自動、全自動四種操作方式，每種操作方式又可分為定程和定壓兩種工作方式，通過操作箱面板上的開關(guān)進(jìn)行選擇。在操作面板上，保壓時間可以在0～999秒范圍內(nèi)預(yù)置。

①調(diào)整：按壓相應(yīng)的功能按鈕，即有相應(yīng)動作，抬手即停；主要用于設(shè)備的調(diào)試、調(diào)整和故障檢查處理。

②手動，按壓相應(yīng)的按鈕完成相應(yīng)的一個全過程動作。

③半自動：按壓壓制按鈕，即可自動完成一個PLC設(shè)定好的循環(huán)動作。

④全自動：按壓壓制按鈕，即可自動連續(xù)完成PLC設(shè)定好的循環(huán)動作。

(2)液壓墊的工藝動作為：不頂出、頂出。可以在操作箱面板上選擇相對應(yīng)的旋鈕。當(dāng)作為頂出工藝時，具有頂出延時功能，延時時間可以在操作箱面板上預(yù)置和調(diào)整。

①不頂出：滑塊快降→滑塊慢降壓制→滑快保壓延時及卸壓→滑塊回程。

②頂出：滑塊快降→滑塊慢降壓制→滑快保壓延時及卸壓→滑塊回程→頂出缸頂出→頂出缸退回。

伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

伺服泵控技術(shù)

本壓機(jī)為伺服液壓機(jī)，該伺服液壓系統(tǒng)是指由專用驅(qū)動器和伺服電機(jī)驅(qū)動的，能實現(xiàn)流量、壓力的閉環(huán)控制和輸出的液壓動力源。伺服液壓系統(tǒng)配備有含旋轉(zhuǎn)編碼器的伺服電機(jī)、含壓力傳感器的和液壓回路的油泵及專用的伺服控制器組成。伺服油泵把傳統(tǒng)的閥控調(diào)速回路或泵控—節(jié)流調(diào)速(開環(huán)變量泵)回路變?yōu)楸每卣{(diào)速回路，無節(jié)流或溢流損失。

壓力及流量響應(yīng)時間小于50ms，最高可達(dá)30ms，響應(yīng)性優(yōu)于變量泵系統(tǒng)；壓力及流量重復(fù)再現(xiàn)性小于1%，而變量泵油壓系統(tǒng)的壓力及流量重復(fù)再現(xiàn)性分別為2%和3%，重復(fù)精度遠(yuǎn)優(yōu)于變量泵系統(tǒng)；流量、壓力實現(xiàn)了閉環(huán)控制；有良好的低速穩(wěn)定性，可實現(xiàn)低速及低壓的可靠控制；可實現(xiàn)對各油缸的伺服控制；伺服液壓系統(tǒng)比變量泵系統(tǒng)更適合精密成形。

加長重型大導(dǎo)軌

本設(shè)備采用加長重型大導(dǎo)軌，滑塊導(dǎo)向長度達(dá)到行程的1.2倍，提升設(shè)備精度和抗偏載能力。由于該設(shè)備有臺面小，偏載大并且要求精度高的工藝特點，特別設(shè)計了具有針對性的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，見圖3。

圖3 設(shè)備導(dǎo)向示意圖

三工位獨(dú)立頂出系統(tǒng)

設(shè)備具有三套獨(dú)立的頂出系統(tǒng)，完全滿足工藝需求。頂出液壓控制系統(tǒng)見圖4。

圖4 頂出液壓控制系統(tǒng)

結(jié)束語

本公司研發(fā)的伸縮套三工位冷擠壓成形設(shè)備成功實現(xiàn)伸縮套三工位冷擠壓工藝，自動化生產(chǎn)線一次驗收通過，生產(chǎn)效率提高了40%，工件合格率達(dá)到99.99%，保證了工件質(zhì)量。現(xiàn)場實際成形后的工件見圖5。

圖5 現(xiàn)場實際成形后的工件