潘地磊，唐 寅，吉桂生，馮 俊

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 熱模鍛頂料機(jī)構(gòu)原理

國內(nèi)目前生產(chǎn)的熱模鍛壓力機(jī)，大部分的技術(shù)來源都是上世紀(jì)80年代初期從原西德EUMUCO公司引進(jìn)的技術(shù)，我公司在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上下頂料裝置進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，該頂料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有機(jī)械頂出和氣動頂出。使用機(jī)械頂出將工件頂出一個微小距離后，再使用氣動頂出緩慢頂出模具，防止工件應(yīng)頂出過快掉落；高保氣缸可控制頂料桿在最高位置停留一段時間，以便操作時夾持鍛件。

在實(shí)際使用中，我們通常需要將機(jī)械頂出相對于模具下腔底面的行程控制在很小的一個范圍，然后依靠氣動頂出頂料，并依靠限位塊，控制氣動頂出行程，依靠節(jié)流閥，控制氣動頂出速度，保證動作準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，且停留位置準(zhǔn)確。

如圖1所示，在熱模鍛工作過程中偏心軸時不停轉(zhuǎn)動，凸輪安裝在偏心軸上，偏心軸驅(qū)動凸輪轉(zhuǎn)動，通過上杠桿、滾輪、拉桿帶動下杠桿繞軸轉(zhuǎn)動，而搖臂與下杠桿繞同一個軸聯(lián)動的，搖臂與頂料桿整體推動多個頂料桿上下運(yùn)動從而實(shí)現(xiàn)了頂料動作。高保氣缸可控制頂料桿在最高位置停留一段時間，以便機(jī)械手動作時夾持鍛件。而復(fù)位氣缸有效消除了拉桿復(fù)位過程中的沖擊。這種下頂料機(jī)構(gòu)由偏心軸直接驅(qū)動，把軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為頂料桿的上下運(yùn)動，能夠?qū)崿F(xiàn)該機(jī)構(gòu)與滑塊運(yùn)動連鎖，工作穩(wěn)定可靠，維修方便[1]。

圖1 下頂出機(jī)構(gòu)原理圖

2 Solidworks仿真模型的建立

以我公司自行研發(fā)設(shè)計(jì)的HGP630W熱模鍛壓力機(jī)為例，其要求的頂料桿的機(jī)械頂出行程為25mm，行程次數(shù)為60次/分鐘。由于該頂料機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜、設(shè)計(jì)變量較多，通過純粹的計(jì)算通常較為復(fù)雜，耗時較多。運(yùn)用Solidworks結(jié)合COSMOSmotion進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)與虛擬仿真，不僅在可行性論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尋求最佳解決方案等方面發(fā)揮著重要作用，同時可以顯著降低開發(fā)成本、縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高工作效率，大大簡化了機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，并且能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

為了得到合理可靠地頂料桿運(yùn)動曲線圖，我們采用COSMOSmotion對其進(jìn)行運(yùn)動仿真，首先按照設(shè)計(jì)要求建立如圖2所示的仿真流程。在進(jìn)行運(yùn)動仿真分析之前運(yùn)用Solidworks完成機(jī)構(gòu)各個零部件的三維建模，并建立頂料系統(tǒng)的裝配體模型，并保證裝配體各個零件之間的位置關(guān)系與約束關(guān)系的正確型，如圖3所示。

圖2 仿真流程

圖3 下頂料機(jī)構(gòu)

3 COSMOSmotion運(yùn)動曲線分析

COSMOSMotion是一款機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動仿真軟件，可對機(jī)構(gòu)進(jìn)行完整地運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)仿真，從而得到運(yùn)動系統(tǒng)中各零件精確的運(yùn)動情況，包括位移、速度、加速度等，并且可用多種形式輸出仿真結(jié)果[3]。

在仿真前，要對仿真對象的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。首先要給偏心軸施加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，由于偏心軸旋轉(zhuǎn)一周，頂料桿頂出一次，在施加驅(qū)動參數(shù)時，可以設(shè)置偏心軸轉(zhuǎn)速為60r/min，可以設(shè)置模擬時間為1s，就可以得到在一個周期內(nèi)的頂料曲線圖。偏心軸旋轉(zhuǎn)一周為360°，可以設(shè)置參數(shù)為360幀/s，這樣可以得到360組數(shù)據(jù)，這樣便于對模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

頂料桿的頂出曲線與凸輪的結(jié)構(gòu)有關(guān)，凸輪主要外形如圖4所示。在實(shí)際運(yùn)動過程中，凸輪偏心距離A、偏心圓半徑R1、中心圓半徑R2這三個因素決定了頂出曲線的高度，凸輪過渡圓半徑R3對圖頂出曲線的運(yùn)動速度有著決定性的影響。在模擬分析過程中，如果頂料桿速度曲線不理想，可以對凸輪的這幾個參數(shù)不斷優(yōu)化，從而得到合理的頂出曲線。

將仿真結(jié)果輸出為動畫或者曲線進(jìn)行分析，判斷設(shè)計(jì)的凸輪結(jié)構(gòu)是否達(dá)到了使用要求。通過對凸輪參數(shù)修改并進(jìn)行模擬仿真，最終得到頂料桿比較合理的位移與速度曲線，如圖5所示。下頂料裝置的頂料桿速度低于滑塊的回程速度，以免頂出的鍛件與上模碰撞，且頂料機(jī)構(gòu)工作應(yīng)平穩(wěn)可靠。由圖可知頂料桿的最大頂料行程為25mm，且在偏心軸旋轉(zhuǎn)到180度左右，頂料軸開始運(yùn)動，與頂出實(shí)際運(yùn)動過程吻合，在整個過程中，頂料桿的速度變化曲線走勢平穩(wěn)且沒有突變，能夠滿足實(shí)際的工作要求。

圖4 凸輪外形示意圖

圖5 頂料桿運(yùn)動曲線圖

4 總結(jié)

在新的下頂料機(jī)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)階段時通過運(yùn)用Solidworks進(jìn)行建模，并運(yùn)用插件COSMOSmotion對其運(yùn)動過程進(jìn)行模擬仿真與優(yōu)化，從而得到合理的頂料曲線，為設(shè)計(jì)合理的下頂料結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)與技術(shù)支持，從而節(jié)省了產(chǎn)品的開發(fā)周期。