鍛壓機械力能特性標定淺析

陳 峰

（濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022）

鍛壓機械力能特性標定淺析

陳 峰

（濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022）

本文以實例與實踐結合，介紹鍛造設備力能標定對其設計性能、運行狀態、故障檢驗和分析等方面的意義。并建議建立鍛造設備標定的有關標準。

機械制造；鍛造；設備；力能特性；標定

1 前言

在傳統觀念里，鍛壓是一種粗放的生產工藝。由于鍛壓設備力能特性的標定比較困難，以及我國生產鍛壓設備（尤其是大噸位鍛壓設備）的歷史、數量和經驗的不足，對鍛壓設備力能特性標定的理解和重視就很不夠。在設備組裝、調試、銷售交付與購置接受、生產、維修（甚至大修）等過程中，一般只是以設計的最大（或額定）打擊力作為檢驗與驗收標準，而對于最大（額定）打擊能量、力能特性曲線的全過程則不加重視，也不進行標定，這是很不科學的。

實際上，標定鍛壓設備的力能特性，就象對一個人進行運動狀態測試一樣，能夠全面反映運行狀況、故障類型及其原因等。通過對80000kN電動螺旋壓力機、40000kN液壓螺旋壓力機、40000kN機械壓力機、25000kN機械壓力機等設備的標定表明，鍛壓設備的標定不僅能直觀地判斷和檢驗設備的能力，還能間接地判斷設備的運行、精度和故障等，如打滑、悶車、離合器和剎車的協調性、可達到的鍛件精度水平等。進一步來說，標定直接關系到生產效率和效益、設備和人身安全、鍛件質量、鍛件合同的按質按期交付等。本文試圖對鍛壓設備力能特性標定的意義和重要性予以總結歸納。

2 力能特性標定

眾所周知，鍛壓設備提供的能量大于鍛件變形所需要的能量，鍛造過程即可順利進行。從這一點上來說，標定鍛壓設備的能量比標定打擊力更有意義。但是，不同種類的鍛壓設備，有不同的力能特征，如錘和螺旋壓力機是能量決定型的，壓力機是載荷決定型的，機械壓力機是位移決定型的。這三種類型的鍛壓設備各有自己的力能曲線特征（具體曲線形式，一般資料上都有介紹，這里不再贅述）。鍛壓設備工作時，隨鍛件抵抗程度的不同，設備按其自身的力能曲線特征進行作功和力能轉換。在不考慮設備發出的能量（或力）大于鍛件變形的能量（或力）對設備和模具的損害，并且不考慮生產效率的情況下，錘和螺旋壓力機發出的能量如果小于鍛造變形能，無非是多打幾次或打不飽滿鍛件；壓力機的最大力如果小于鍛造變形力，也無非是壓不飽滿鍛件；但機械壓力機的情況就要復雜的多了。簡單來說，對于機械壓力機，要時刻使鍛件的變形力—位移曲線在設備的打擊力—位移曲線以下，一旦出現相反情況，根據不同的滑塊位移位置，會出現離合器打滑或設備悶死兩種情況。如果在滑塊離下死點較遠的位置，鍛件的變形力—位移曲線超過設備的打擊力—位移曲線，盡管設備飛輪儲備的能量還足夠，但發出的力小于鍛件的抵抗力，滑塊停止下移，離合器打滑，好在這時設備內的彈性力還不十分大，一般靠打反車或下移工作臺，會使滑塊回到上死點；如果在滑塊下死點附近的位置，鍛件的變形力—位移曲線超過設備的打擊力—位移曲線，滑塊會徹底悶死，設備內的彈性力也會非常大，一般無法靠打反車或下移工作臺解除，只有靠燒毀模座來解除悶車。

上述情況，僅僅是一般的情形。假如設備的離合器結合不合適、設備或模具自身緊固不夠造成的回讓或彈性回讓太多、或者它們自身變形吸收的能量太多、離合器和剎車協調不好等情況出現（這些情況在裝配調試、生產使用、維修過程中都很容易產生），造成的危害和故障現象就要很復雜了。但如果對設備能透徹了解，可能出現的危害和故障現象則是容易分析和判斷的，標定是提供這種分析和判斷的最簡易、最全面，最理想的辦法。要說明這幾點，還是以熱模鍛壓力機（機械壓力機）為例說起，其他設備會簡單一些，也可以依次類推。

3 標定的意義

熱模鍛壓力機一般是整體焊接框架結構或預應力拉桿框架結構。假如設備或模具的剛度不夠或安裝不緊靠（以下為敘述方便，把模具看成設備的一部分，不再區分），設備回讓就會太大或損耗的能量大（更不容易發出最大打擊力或最大打擊能量），會造成設備構件部分反復脫離與撞擊結合，構件易損壞、噪聲大，鍛件也不容易打飽滿。隨著坯料加熱溫度、體積和放置位置的誤差，鍛件尺寸也會極不穩定。假如離合器和剎車協調不好，在離合器結合之前，剎車沒有充分脫開，飛輪恢復到鍛造必須的轉速的時間就要延長，或者轉速還沒有恢復足夠就進行打擊，也很容易打滑或悶車；這些都可以通過標定最大打擊力或最大打擊能量來判斷。另外，如果離合器傳遞扭矩不夠（如夾持不緊），就會容易出現打滑，使摩擦片壽命降低，而更換它，少則幾萬，多則幾十萬；但如果離合器傳遞扭矩過大（如夾持太緊），該打滑時又不打滑，又容易造成設備、電路、電機的過載，會更加危險。要判斷這幾種情況，僅靠標定最大（或額定）力或能量，是做不到的，當然必須標定設備力能曲線的全過程或抽查標定力能曲線上的幾點。

由上述可見,力能標定有助于判斷和檢驗鍛造設備的設計性能、運行狀態和故障等，其意義歸納如下：

（1）有助于了解設備的力能特性,便于設計檢驗，可作為銷售和購買檢驗準則之一，避免糾紛，對維修過、重新裝配過的情況也不例外。

（2）有助于增加設備的力能特性測量系統，或檢查設備的力能特性測量系統是否正常，有助于標定和調節設備的力能特性測量和顯示系統。

（3）有助于檢驗設計計算的鍛造變形力和能量，有助于使設計工程師和鍛工積累同批或相似鍛件所需要的變形力和變形能。

（4）一旦鍛件質量出現問題，如果對設備運轉情況心中有數，就能集中精力來判斷鍛件的材料、下料尺寸、加熱溫度是否正確。

（5）有助于達到對設備的合理和安全使用，防止力或能量過載對設備的危害。比如，通過標定可以判斷摩擦離合器的材料是否失效，摩擦離合器的夾持力是否正確，防止出現因摩擦離合器的材料失效或摩擦離合器的夾持力不夠造成的設備能力下降，或因夾持力過大使其不能起到過載后的打滑目的和摩擦片過早失效的危害。

（6）有助于針對鍛件所需力和能量，及時恰當地調節能量，防止大能量干小活而造成對設備的危害和生產速度的下降，或小能量干大活的欠鍛和多次鍛造。

（7）力能標定是實現精鍛的必要條件。比如，在熱模鍛壓力機上無余量精鍛的技術關鍵是要求上下模座“過打靠”，這樣可以防止設備彈性回讓造成的鍛件高度誤差。可是，“過打靠”程度不夠，壓力機提供的打擊力也會不夠；“過打靠”程度太大，壓力機就會悶車，所以，實現精鍛以前，首先要標定壓力機的力能特性，再結合附加在設備上的力能測量系統，就可以保證以后的精鍛生產。例如，通過標定40000kN熱模鍛壓力機和對其加裝力能測量與顯示系統后，在該設備上成功批量精鍛出了某型飛機的定子葉片、轉子葉片和導流葉片，并使該設備普通模鍛某葉片的合格率由50%提高到了98%。

（8）有助于保證設備和人身安全，減少設備故障，降低運行成本，保障生產正常進行，等。

鑒于設備標定的諸多好處，在此也建議盡快建立鍛造設備標定的有關標準。

[1] 郭志堅，潘兆慶，等.可靠性工程技術[M].機械電子工業部科技司，機電部機械科學研究院，1990.

[2] 帥長紅.液壓機設計、制造新工藝新技術及質量檢驗標準規范實務全書.北京：北方工業出版社，2006.

[3]孫玉勝，等.壓力機離合器制動器系統結構優化.鍛壓機械，2001，36（2）：25-26，35.

[4] 仲太生，季雪冬.分體式氣閥連鎖離合器制動器分離不清的因素分析.鍛壓裝備與制造技術，2011，46（1）：40-41.

Discussion about demarcation of mechanical force features for metalforming machine

CHEN Feng
（Jinan Foundry&Metalforming Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Jinan 250022,Shandong China）

Combining with the practice,the importance of demarcation about mechanical force features for metalforming machine to the design function,running state,and fault inspection&analysis aspects has been introduced in the text.The suggestion about establishing the related standard of demarcation for metalforming machine has been put forward.

Metalforming;Equipment;Force features;Demarcation

TG315

B

1672－0121（2012）03－0024－02

2012-03-17

陳 峰（1968-），男，高級工程師，西南交通大學MBA，從事鍛壓設備采購、維護工作