文／印志鋒·合肥合鍛智能制造股份有限公司

本文介紹了熱擠壓半軸套管成形液壓機(jī)研發(fā)的必要性，在分析現(xiàn)有生產(chǎn)工藝流程模式下成形設(shè)備不足的基礎(chǔ)上闡述了用于熱擠壓半軸套管成形液壓機(jī)的優(yōu)勢(shì)。之后闡述了熱擠壓半軸套管液壓機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，包括主機(jī)參數(shù)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)優(yōu)化、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)等內(nèi)容，并指出該種成形液壓機(jī)的設(shè)計(jì)成功將極大提高生產(chǎn)效率、降低能耗，為該生產(chǎn)工藝的廣泛應(yīng)用提供可能。

目前，半軸套管熱擠壓成形工藝流程為加熱→鐓粗→預(yù)成形→成形+整形→冷卻→熱處理。通常采用兩臺(tái)壓機(jī)實(shí)現(xiàn)熱擠壓成形，存在著生產(chǎn)效率不高、能耗較大、液壓動(dòng)力站占地面積較大等問(wèn)題。

本文所介紹的熱擠壓半軸套管成形液壓機(jī)，可采用人工或機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各工序之間的流轉(zhuǎn)，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)兩臺(tái)成形壓機(jī)的使用工況進(jìn)行分析優(yōu)化后，技術(shù)方案上采用兩臺(tái)設(shè)備共用一套油箱和泵組系統(tǒng)并輔以蓄能器，降低裝機(jī)功率在40%～50%左右，有效的降低了生產(chǎn)能耗。動(dòng)力系統(tǒng)上置與液壓機(jī)的充液箱合并，減少了設(shè)備的占地面積，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)提供了可能。

熱擠壓半軸套管成形生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

熱擠壓半軸套管成形生產(chǎn)工藝如下：原材料通過(guò)送料機(jī)進(jìn)入中頻加熱爐加熱→人工或R1機(jī)器人將原料放在6300kN壓機(jī)上鐓粗→人工或R1機(jī)器人將原料放在6300kN壓機(jī)上預(yù)成形→人工或R2機(jī)器人將原料由6300kN壓機(jī)上取出放入12500kN壓機(jī)成形、去連皮→人工或R3機(jī)器人將取出的成形零件放入控溫冷卻輸送帶冷卻→成形后的零件經(jīng)過(guò)均溫爐、熱處理得到成品。圖1所示為半軸套管成形工藝布局。

熱擠壓半軸套管成形液壓機(jī)的主要技術(shù)要求

成形速度快

半軸套管熱擠壓成形零件溫度在1000℃左右，成形速度的快慢直接影響模具溫升，進(jìn)而會(huì)對(duì)模具的壽命及成形質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。因此，6300kN和12500kN的液壓機(jī)在滿噸位時(shí)的成形速度均要求大于等于70mm/s。

設(shè)備臺(tái)面較小偏載大

根據(jù)成形零件及模具的尺寸要求，6300kN和12500kN的液壓機(jī)臺(tái)面（長(zhǎng)×寬）分別為1200mm×1200mm和1400mm×1400mm。相對(duì)臺(tái)面較小模具通過(guò)T形槽固定在臺(tái)板上，其中心與壓機(jī)中心之間存在一定的差異，會(huì)導(dǎo)致壓機(jī)存在較大的偏載。6300kN液壓機(jī)鐓粗工位在壓機(jī)的一側(cè)，此時(shí)設(shè)備存在很大的偏載力矩，對(duì)設(shè)備的抗偏載性能要求較高。

設(shè)備精度要求高

由于液壓機(jī)的垂直度、壓制過(guò)程中的平行度、滑塊的定位精度對(duì)于零件的成形質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大影響。垂直度及平行度的偏差將導(dǎo)致零件的壁厚不均勻，增加后續(xù)的加工量，影響生產(chǎn)效率，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致零件的報(bào)廢。由于該設(shè)備需滿足配合機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)要求，對(duì)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)器人無(wú)法正常抓取工件，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，影響生產(chǎn)效率。

圖1 半軸套管成形工藝布局圖

熱擠壓半軸套管成形液壓機(jī)的主要結(jié)構(gòu)方案

針對(duì)半軸套管熱擠壓成形對(duì)設(shè)備的特殊要求：精度高，抗偏載能力強(qiáng)等，我們對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程做了詳細(xì)研究分析，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用各種內(nèi)外部資源，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的高精度、高效率、節(jié)能環(huán)保。

液壓機(jī)機(jī)身框架采用整體箱型焊接機(jī)身，焊后采用退火徹底消除焊接應(yīng)力。保證了機(jī)身的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)半軸套管成形的特點(diǎn)：零件較小，應(yīng)力較為集中，滑塊采用單活塞缸加壓的方式與應(yīng)力集中、偏載力大等工況相適應(yīng)。

滑塊本體采用鋼板焊接成箱型結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用有限元進(jìn)行分析和優(yōu)化，使其具有足夠的剛度和強(qiáng)度，焊后退火消除焊接應(yīng)力。針對(duì)偏載的特定工況滑塊高度增加至2000mm，滑塊的導(dǎo)向采用斜楔式四角八面導(dǎo)軌導(dǎo)向，該導(dǎo)向調(diào)整精度高、剛性好，調(diào)整后不易發(fā)生精度偏離現(xiàn)象，精度保持性好，抗偏載能力強(qiáng)，從而保證滑塊的運(yùn)行精度并能承受較大的偏心載荷。機(jī)身立柱上的42CrMo導(dǎo)向板經(jīng)滲氮處理，硬度高、耐磨性能好、使用壽命長(zhǎng)?；瑝K導(dǎo)板材料采用錫青銅制成，耐磨性好。

根據(jù)成形速度的要求，按照常規(guī)液壓機(jī)設(shè)計(jì)方案6300kN和12500kN液壓機(jī)的裝機(jī)功率分別約為600kW和1100kW，設(shè)備使用能耗較大。而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中6300kN壓機(jī)與12500kN壓機(jī)不會(huì)同時(shí)動(dòng)作，根據(jù)工藝布局圖兩臺(tái)壓機(jī)的間距只有6000mm（考慮機(jī)器人的臂展）。因此，采用6300kN和12500kN壓機(jī)共用一套動(dòng)力系統(tǒng)的方式，油箱放置在兩臺(tái)壓機(jī)支架的平臺(tái)上與充液箱合并為一體，這樣兩臺(tái)設(shè)備的裝機(jī)總功率僅為1100kW。圖2所示為6300kN和12500kN壓機(jī)布置圖。

圖2 6300kN和12500kN壓機(jī)布置圖

圖3 用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際照片

圖4 成形后的零件照片

6300kN和12500kN壓機(jī)的滑塊、頂出及打料均采用比例調(diào)壓，壓力調(diào)整范圍為公稱壓力的15%～100%，壓力控制精度為±0.3MPa?；瑝K、頂出、打料位置控制均采用高精度位移傳感器，閉環(huán)控制位置顯示精度可達(dá)0.01mm，控制精度在±0.5mm以內(nèi)，有效的提高了零件的成形精度和位置精度，為與機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了必要的條件。圖3所示為用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際照片，圖4所示為成形后的零件照片。

實(shí)踐結(jié)果

該半軸套管成形液壓機(jī)的研發(fā)成功，對(duì)半軸套管熱擠壓成形的自動(dòng)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、提高擠壓成形的質(zhì)量和減少后續(xù)處理工序都有著非常積極的意義。目前，此設(shè)備已經(jīng)在用戶處穩(wěn)定運(yùn)行一年半的時(shí)間，并且已經(jīng)與機(jī)器人聯(lián)機(jī)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了40～50秒/件的生產(chǎn)效率。