文／陳賀靜，姚宏亮·北京機電研究所

壓力機上頂料機構(gòu)

文／陳賀靜，姚宏亮·北京機電研究所

上頂料機構(gòu)是壓力機的輔助裝置，其功能是為鍛模模腔頂出鍛件，所以要求上頂料機構(gòu)要有足夠的頂出力和一定的頂出行程，頂出時機要準確并與滑塊回程速度匹配。目前壓力機的上頂料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)種類較多，本文將介紹幾種不同的上頂料機構(gòu)并分別闡述其結(jié)構(gòu)和特點。

上頂料機構(gòu)是壓力機的輔助裝置，功能是從鍛模模腔頂出鍛件，所以上頂料機構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)滿足以下要求：要有足夠的頂出力以克服脫模力，保證將鍛件順利頂出模腔，但不影響鍛件形狀；應(yīng)有一定的頂出行程，并且可調(diào)，以保證鍛件能夠被平穩(wěn)的頂出模腔，一般對于機械式頂料機構(gòu)，上頂料行程為12%～15%的滑塊行程，而對于氣動式、液壓式頂料機構(gòu)，行程可以取長些；頂出時機準確并與滑塊回程速度匹配，上頂料機構(gòu)在開模后應(yīng)立即進行頂料，以免損傷鍛件。

目前壓力機的上頂料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)很多，主要有氮氣彈簧或壓縮彈簧結(jié)構(gòu)、液壓結(jié)構(gòu)、機械結(jié)構(gòu)等，下面將綜合幾種結(jié)構(gòu)的上頂料機構(gòu)在實際中的應(yīng)用情況對其結(jié)構(gòu)和特點分別加以闡述。

氮氣彈簧或壓縮彈簧結(jié)構(gòu)

氮氣彈簧上頂料結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由氮氣彈簧、橫梁和頂料桿組成。模鍛結(jié)束滑塊回程時，由氮氣彈簧驅(qū)動橫梁，橫梁將頂料桿壓下從而完成頂件動作。此結(jié)構(gòu)是靠彈簧的預(yù)壓縮力將鍛件頂出模腔，一般沒有復位機構(gòu)，上頂桿常頂出。在鍛造作業(yè)時，必須依靠工件將頂料桿和頂出機構(gòu)壓縮回去，然后在滑塊回程時，彈簧的壓縮力釋放，頂出工件。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，且頂出時機準確，但由于彈簧頂出力的限制，在脫模力比較大時頂不動模腔內(nèi)的工件，造成粘上模，頂出可靠性低；而且彈簧容易失效，影響其使用壽命。

圖1 氮氣彈簧式上頂料機構(gòu)

圖2是壓力機在產(chǎn)品試生產(chǎn)過程中鍛出的工件廢品。壓力機采用的是氮氣彈簧上頂料結(jié)構(gòu)，由于頂料桿常頂出，在鍛造時，依靠工件的成形力將頂料桿壓縮回位，試模時，工件在向上縮口時，由于頂料桿給工件施加了約10t反作用力，影響了工件成形，造成局部鐓粗，產(chǎn)生廢品。

圖2 工件成形失效對比圖

液壓式結(jié)構(gòu)

在機械壓力機上，上頂料機構(gòu)也經(jīng)常采用液壓缸結(jié)構(gòu)，如圖3所示，用液壓缸驅(qū)動橫梁及頂料桿運動。其結(jié)構(gòu)簡單，與氮氣彈簧結(jié)構(gòu)相比較，頂出工件動作過程相類似，但其頂料桿依靠液壓力回縮復位而不是依靠工件成形力，不會給工件施加反作用力。由于壓力機結(jié)構(gòu)限制，液壓系統(tǒng)壓力和頂出油缸內(nèi)徑一般不能做得很大，頂出力也不會很大，如果脫模力過大，會造成工件卡在模腔內(nèi)。再者，液壓油具有可壓縮性，在克服脫模力時，不可避免的會有沖擊，從而造成上頂料機構(gòu)頂出工件的不穩(wěn)定性，因此，液壓頂出系統(tǒng)的可靠性較低，而且液壓系統(tǒng)還會有泄漏問題，維修不方便。

圖3 液壓式上頂料機構(gòu)

另外，液壓缸的運動速度一般不超過500mm/s，國內(nèi)一般控制在300mm/s內(nèi)，對于滑塊回程速度較快的壓力機來說，頂桿運動速度會比滑塊運動速度慢，從而造成滑塊回程時，頂出動作滯后，可能造成工件頂出不穩(wěn)定。

機械凸輪式結(jié)構(gòu)

圖4所示是熱模鍛壓力機上用的一種機械式上頂料機構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是將導板緊固在連桿上，固定板固定在滑塊上，擺動凸輪安裝在銷軸上，橫梁安裝在滑塊內(nèi)，導軌在橫梁兩端，當橫梁在滑塊內(nèi)上下運動時起導向作用。彈簧緩沖器使橫梁保持在上部位置。當偏心軸轉(zhuǎn)動時，連桿圍繞其與滑塊的連接銷擺動，驅(qū)動擺動凸輪圍繞銷軸擺動，從而推動滾輪并帶動橫梁和頂料桿上下運動。

當滑塊下降時，擺動凸輪繞銷軸向左擺動，下滾輪與擺動凸輪接觸的部分是凸輪等徑圓周面，所以橫梁并不改變其位置?；瑝K回程時，擺動凸輪向右擺動，凸輪的凸出曲面將橫梁向下推動，從而完成頂料動作，與此同時，彈簧緩沖器的彈簧被壓縮，當滑塊到達上死點時，彈簧緩沖器將橫梁抬起，使整個機構(gòu)復位。

該上頂料機構(gòu)沖擊小，頂出工件穩(wěn)定可靠，但結(jié)構(gòu)較為復雜，且由于凸輪擺動角度僅有約±15°，擺動速度完全靠偏心軸及連桿控制，其頂出行程一般不超過50mm。

機械擺桿式結(jié)構(gòu)

圖5為機械擺桿式上頂料機構(gòu)，由導板、擺桿一、擺桿二、滾輪、橫梁、頂料桿、導向柱等主要部件組成，兩組對稱安裝在壓力機左右兩側(cè)。其中擺桿一通過鉸接點①與滑塊連接，擺桿二通過鉸接點②與橫梁連接，導板固定在機身兩側(cè)。在滑塊回程時，滾輪沿著導板的導向凸輪曲線運動，借助于擺桿一和擺桿二，使橫梁壓下，實現(xiàn)頂料。為了保證橫梁在實際工作中運行平穩(wěn)，增加導向柱。

圖4 機械凸輪式上頂料機構(gòu)

圖5 機械擺桿式上頂料機構(gòu)

圖6 多連桿式上頂料機構(gòu)

這種上頂料機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)壓力機的特點通過改變各擺桿的相對長度和導板的凸輪曲線的形狀，經(jīng)過不斷的優(yōu)化使上頂出機構(gòu)的運動速度和滑塊回程速度匹配，從而保證工件被平穩(wěn)頂出，不影響工件成形，缺點是拆裝不方便。

多連桿式結(jié)構(gòu)

德國舒勒的冷鍛壓力機上，采用如圖6所示的多連桿上頂料機構(gòu)，即在肘桿上增加一個上連桿，再通過一個三角連桿和下連桿，推動壓板從而帶動頂料桿運動實現(xiàn)頂料。這是一個比較復雜的8桿機構(gòu)，三角連桿鉸接在滑塊上，上連桿通過銷軸連接在肘桿上，下連桿與壓板相連接，肘桿為原動件。此冷鍛壓力機采用的是廣義肘桿機構(gòu)，廣義肘桿機構(gòu)具有工作區(qū)滑塊運動速度低、波動小、回程快、公稱力行程大、最大輸入扭矩小等特點。為了能夠與冷鍛壓力機的成形特點相匹配，此多連桿上頂料機構(gòu)根據(jù)肘桿的運動曲線，優(yōu)化多連桿結(jié)構(gòu)各參數(shù)，利用多連桿機構(gòu)放大速度和行程，能夠保證頂料桿的運動曲線與滑塊的運動曲線完美擬合，滿足壓力機在成形區(qū)滑塊運動速度慢且平穩(wěn)、滑塊回程速度較快的特點，從而保證工件被平穩(wěn)頂出且不影響工件成形。

結(jié)束語

上頂料機構(gòu)是壓力機必不可少的輔助裝置，它能夠擴大壓力機的工藝性能，提高鍛件的精度，提高模具使用壽命。在鍛造機械自動化的時代，鍛件頂出的穩(wěn)定性，是實現(xiàn)自動化鍛造的關(guān)鍵要素。綜合以上幾種上頂料機構(gòu)的特點，機械式上頂料機構(gòu)，特別是肘桿結(jié)構(gòu)和多連桿結(jié)構(gòu)，能夠更加靈活可靠的滿足壓力機的成形特點，頂出及時平穩(wěn)可靠，并且通過修改優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以適用不同的壓力機，但是其設(shè)計過程較為復雜。在壓力機的設(shè)計開發(fā)過程中，要根據(jù)壓力機的成形特點、結(jié)構(gòu)要求和工件的鍛造工藝，綜合經(jīng)濟性，選用平穩(wěn)、可靠的上頂料機構(gòu)。