一種大型鍛壓機用的上模移動平臺

□ 張 捷 □ 袁祖強 □ 袁峰峰

南京工業大學 機械與動力工程學院 南京 211816

在小型人工鍛造中，所有操作都由數名鍛工在狹小場所內進行。尤其是熱模鍛，不僅工作環境惡劣，效率低下，還使模具熱接觸時間長，嚴重影響模具壽命。雖然已經有了帶有工件傳送裝置的壓力機和由幾臺壓力機連接起來的生產線，但是投資較大，聯動控制復雜，單臺作業鍛壓機仍較常見。

針對現有技術的不足，筆者設計了一種大型鍛壓機用的上模移動平臺，克服了單臺老式鍛壓機無法自動更換模具、人工勞動強度大、鍛壓效率低和模具壽命短［2］的缺點。

1 移動平臺設計

1．1 總體結構設計

移動平臺由滑板、導軌、擋板、行程開關和液壓缸組成，如圖1、圖2所示。滑板上有兩個沉孔作為上模具的安裝座，擋板安裝在導軌兩側，二次模鍛時對滑板起定位作用，油缸端擋板除了定位外還作為液壓缸的安裝座，行程開關與鍛壓機腳踏開關相連，起保險作用。

對于熱模鍛二次鍛壓成型零件，首先，移動滑板到一次鍛壓位置，將加熱到一定溫度的鍛造坯料放入到下模具中時，上模具A對準毛坯，踩下腳踏開關，鍛壓機進行第一次鍛壓；然后油缸迅速把滑板推送到二次鍛壓位置，上模具B對準毛坯，再次踩下腳踏開關，進行第二次鍛壓；最后打開下模，取出鍛件。在以上過程中，若上模具沒有移動到位，即使踩下腳踏開關，鍛壓機也不會動作，起到安全保護作用。

▲圖1 移動平臺結構示意圖

▲圖2 壓力機總體結構示意圖

1．2 液壓回路設計

▲圖3 液壓原理圖

在一次鍛壓后，考慮到毛坯溫度高，對下模具損害較大，所以要加快二次鍛壓進程，縮短模具熱接觸坯料的時間。滑板移動速度要求400mm/s左右，從而確定液壓站輸出流量為15L/min，電機功率為1．5kW。油泵采用變量葉片泵，考慮油缸只有兩個工作位置，換向采用兩位四通閥。油缸位置控制采用死擋鐵，油缸伸出全行程，縮回應有富余量。考慮油溫升高及環境，采用風冷卻器散熱。電控箱裝在液壓站上，電磁閥控制按鈕裝在便于操作工人操作的位置。

圖3為液壓回路圖，油路主要由油箱、過濾器、變量泵、油泵電機、單向閥、溢流閥和二位四通電磁換向閥組成。液壓缸伸縮由二位四通閥控制，到達鍛壓位置后的保壓由單向閥和溢流閥控制。

1．3 行程開關線路

壓力機鍛壓時，若模具位置有偏差會導致毛坯飛出，發生危險。為了確保鍛壓時上模具位置到位，該平臺設置了行程開關加以保護。行程開關安裝在導軌兩端固定位置，行程開關觸動塊安裝在滑板上，用來觸發行程開關，并且，觸動塊在滑板上的位置是可微調的，本文選用昌得常開式自復位行程開關-CWLD2。

圖4是鍛壓機腳踏開關的線路改動圖，在原線路上串聯兩個行程開關。即把圖4中行程開關4、8接到線路中，行程開關4、8并聯，然后與腳踏開關串聯。當滑板沒有移動到位（即上模具沒有移動到位）時，即使踩下了腳踏開關，該行程開關仍然處于斷開狀態，可以消除由于上模具沒有移動到位而引發的安全隱患。

▲圖4 腳踏開關線路改動圖

2 滑板受力有限元分析

鍛壓時，上模座對上模具的巨大作用力由滑板傳遞，所以需要對滑板受力情況進行分析，確認滑板受力不會超過其屈服極限，并且滑板的彈性形變不能超過導軌與滑板間的配合公差。

本文使用Pro/E自帶的Mechanica進行有限元分析［3］，對滑板進行材料定義、網格化分、邊界條件約束和載荷施加。滑板材料為20CrMnTi，彈性模量E=207 GPa，屈服極限 σs=835MPa ，泊松比 λ=0．25，1600t的壓力作用在直徑為220mm的上模具安裝孔，換算成壓力為420．9MPa。分析計算得到滑板的應力圖（圖5）和位移圖 （圖 6）， 最大應力為 393．3MPa， 小于20CrMnTi的屈服極限，并且其位移也在公差范圍內。由以上分析可知，移動平臺的結構和尺寸能夠滿足1 600t鍛壓要求。

3 平臺運行試驗

根據以上設計制造出移動平臺，圖7為滑板和上模具，圖8為移動平臺安裝在2500t離合式螺旋壓力機上模座上，用1600t壓力鍛壓卡車萬向節叉。試驗期間移動平臺可穩定工作，未出現卡死情況，且在滑臺移動過程中，試踩腳踏開關，壓力機沒有下壓，說明行程開關運行完好，能有效防止意外發生。

▲圖5 滑板受力時應變圖

▲圖6 滑板受力時變形圖

▲圖7 滑板和上模具

▲圖8 移動平臺安裝效果圖

4 結論

鑒于單臺老式鍛壓機無法快速更換上模具，提出了一種大型鍛壓機用的上模移動平臺。對移動平臺進行了機構設計、靜力分析和運行試驗。結果表明：該平臺能承受壓力機沖擊，各部分運行正常，安全措施完善，有效提高了生產效率，改善了工作環境，同時大大縮短模具熱接觸時間，增大模具使用時間，降低成本，提高效益。

［1］ 張倩生，王焱山．鍛壓技術水平及發展趨勢［J］．中國機械工程，1996，7（3）：5-8．

［2］ 崔東衛，段興青．熱模鍛模具的使用壽命 ［J］．同煤科技，2003（1）：23-28．

［3］ 鄭繼明．平板鍛壓金屬的有限元分析［J］．金屬材料，2006（6）：65-66．