李陽(yáng)，白景年，王飛云，任源，彭常戶

（西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司，西安 710018）

0 引言

精鍛機(jī)相比于其他鍛造設(shè)備以其自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、加工精度高等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)冶金企業(yè)使用的精鍛機(jī)基本依賴于進(jìn)口，主要為奧地利GFM 公司所制造的精鍛機(jī)。國(guó)產(chǎn)精鍛機(jī)雖已制造成功，但從鍛造力、加工精度、自動(dòng)化程度及系統(tǒng)可靠性方面與進(jìn)口設(shè)備差距較大。因此，進(jìn)一步對(duì)精鍛機(jī)進(jìn)行更為細(xì)致、深入的研究很有必要。本文重點(diǎn)對(duì)精鍛機(jī)夾頭的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理進(jìn)行了研究。

1 夾頭功能概述

精鍛機(jī)鍛造箱兩側(cè)的夾頭是最為重要的輔助機(jī)械設(shè)備，一對(duì)夾頭分列于鍛造箱的兩側(cè)。夾頭單元的任務(wù)是：從裝載裝置取得工件，鍛造過(guò)程中軸向移動(dòng)工件，進(jìn)行必要的旋轉(zhuǎn)和分離運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償每次鍛擊工件產(chǎn)生的延伸，把鍛造好的工件放到卸載裝置上。

物料的夾持通過(guò)4 支夾爪來(lái)實(shí)現(xiàn)，夾頭箱內(nèi)部有外、中、內(nèi)3 支滑套。內(nèi)滑套相對(duì)于夾頭箱軸向固定，4 支夾爪的擺動(dòng)中心固定于內(nèi)滑套頭部。4 支夾緊油缸通過(guò)支架固連于外滑套和中滑套之間，中滑套和外滑套可以延軸向方向移動(dòng)。當(dāng)油缸工作時(shí)，外滑套向后運(yùn)動(dòng)，中滑套向前運(yùn)動(dòng)，4 支夾爪閉合將物料夾緊，夾緊力由油缸產(chǎn)生并且按照要求由程序?qū)崿F(xiàn)。

軸向送進(jìn)通過(guò)固定于鍛造箱兩側(cè)較長(zhǎng)行程的油缸實(shí)現(xiàn)，鍛造過(guò)程中，一側(cè)夾頭座油缸伸出，另一側(cè)夾頭座油缸縮回。兩個(gè)夾頭座沿鍛造工件軸向移動(dòng)。

物料旋轉(zhuǎn)主要依賴于內(nèi)滑套，夾頭箱頂部放置一臺(tái)電機(jī)，電機(jī)輸出軸通過(guò)皮帶輪將動(dòng)力傳遞給蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，蝸輪與內(nèi)滑套固連，從而帶動(dòng)內(nèi)滑套旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了鍛造頻率和物料旋轉(zhuǎn)頻率的一致性。蝸桿軸一側(cè)裝有若干組碟簧，緩沖鍛造過(guò)程中夾頭內(nèi)套的停滯。夾頭內(nèi)套的軸向方向前后安裝有4 組板簧，緩沖由于物料的延展造成的夾頭連續(xù)推進(jìn)的停滯。與夾頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸相連的抱閘保證夾頭的旋轉(zhuǎn)與鍛造頻率相同，避免了物料在鍛造過(guò)程中的扭轉(zhuǎn)變形。3 支滑套相對(duì)位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 滑套結(jié)構(gòu)示意圖

2 滑套結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

3 支滑套是夾頭箱內(nèi)部最為關(guān)鍵的部件，工件的夾持、旋轉(zhuǎn)依賴于3 支滑套來(lái)完成。在對(duì)進(jìn)口精鍛機(jī)上述部件深入研究的基礎(chǔ)上，從材料的選取、加工工藝、熱處理工藝和結(jié)構(gòu)改進(jìn)進(jìn)行了細(xì)致研究。

內(nèi)滑套為長(zhǎng)桿類零件，一體加工存在很大的難度，且加工成本較高。采用分體加工降低了加工難度，節(jié)約了加工成本。通過(guò)對(duì)進(jìn)口零件的材料分析和相關(guān)材料力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)內(nèi)滑套頭部采用ZG35CrMo，管件部分使用Q345B 材料。由于滑套之間存在相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，在其表面車槽，緊箍六組銅帶，銅帶材質(zhì)為QSn6.5-0.1，內(nèi)滑套頭部和管件焊縫處于第一條和第二條銅帶之間，焊后需進(jìn)行消除應(yīng)力處理,并對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷,其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 內(nèi)滑套結(jié)構(gòu)

對(duì)于中滑套而言，一體加工同樣存在較大難度，所以依然采用分體加工，材質(zhì)都選為20Cr，銅帶選用材質(zhì)于外滑套一致。由于中滑套管壁較薄，焊縫埋于銅帶之下，焊接難度大，同時(shí)降低了中滑套的整體強(qiáng)度，因此，中滑套焊縫裸露在外，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 中滑套結(jié)構(gòu)

外滑套尺寸較小，外表面配裝有軸承，兩只滑槽和外滑套本體插接并焊接為一體，而后對(duì)焊縫進(jìn)行修磨，采用ZG35CrMo 材質(zhì)，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 外滑套結(jié)構(gòu)

3 夾頭機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理

精鍛機(jī)兩側(cè)的夾頭主要是實(shí)現(xiàn)在鍛造過(guò)程中對(duì)工件的操縱，中滑套和外滑套固連有4 只液壓油缸，使兩者沿軸向方向相對(duì)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)張開(kāi)和閉合。外滑套外緣安裝有軸承，定位于箱體且能旋轉(zhuǎn)，夾頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，蝸桿帶動(dòng)緊固在內(nèi)滑套上的蝸輪，實(shí)現(xiàn)夾頭的旋轉(zhuǎn)。蝸桿軸一側(cè)的阻尼系統(tǒng)緩沖了夾頭的周期性停滯，夾頭內(nèi)滑套的軸向前后安裝的4 組板簧，緩沖由于物料的延展造成夾頭連續(xù)推進(jìn)的停滯。與夾頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸相連的抱閘保證夾頭的旋轉(zhuǎn)與鍛造頻率相同，避免了物料在鍛造過(guò)程中的扭轉(zhuǎn)變形。其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 夾頭間歇緩沖機(jī)構(gòu)

精鍛機(jī)夾頭箱底部固連有一螺母與行走液壓缸活塞桿前端的螺紋構(gòu)成螺紋連接，活塞的運(yùn)行借助液壓伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。夾頭行走液壓模塊利用速度伺服控制系統(tǒng)對(duì)夾頭的移動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)精密調(diào)整。編碼器采集到的速度信號(hào)經(jīng)CNC 控制系統(tǒng)反饋給液壓伺服閥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度位移的精確控制，其控制精度可達(dá)0.1 mm，液壓原理如圖6 所示。

圖6 夾頭行走液壓系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)的精鍛機(jī)主要還是依賴于進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)精鍛機(jī)雖然已經(jīng)出現(xiàn)在市場(chǎng)，但所占份額非常之少，且加工制造水平、自動(dòng)化程度和系統(tǒng)的可靠性與進(jìn)口精鍛機(jī)相比還有相當(dāng)大的差距。因此，認(rèn)真研究進(jìn)口精鍛機(jī)的運(yùn)行原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝及控制技術(shù)將對(duì)國(guó)產(chǎn)精鍛機(jī)制造水平的提升起到積極的促進(jìn)作用。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.