鍛造機(jī)械壓力機(jī)下頂料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邱玉良，李立豐，彭鑫亮，王鵬波

（1.榮成華東鍛壓機(jī)床股份有限公司，山東 榮成 264300；2.山東邁特力重機(jī)有限公司，山東 德州 251200）

目前，市場(chǎng)上鍛造機(jī)械壓力機(jī)下頂料裝置大多為凸輪式，另外還有少量氣動(dòng)式。這兩種下頂料裝置主要用于機(jī)械壓力機(jī)鍛造及鍛造后頂出零件；其特點(diǎn)是具有高保頂出功能，便于夾持零件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。但如今，制造業(yè)迅猛發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，制造企業(yè)對(duì)所采購(gòu)設(shè)備提出了更高要求——降低能耗、提高效率、綠色生產(chǎn)。這兩種頂料方式都存在著一定缺陷，不能很好地滿足市場(chǎng)需求。

凸輪式機(jī)械下頂料裝置能量損耗大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制造成本高；并且凸輪式機(jī)械下頂料裝置還有頂料完成后，復(fù)位時(shí)沖擊大，凸輪、復(fù)位彈簧磨損快，上擺桿容易磨損、折斷、與凸輪卡死、維修成本高等現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)成本、影響生產(chǎn)效率，不符合當(dāng)前制造企業(yè)對(duì)綠色節(jié)能生產(chǎn)的要求。最主要的是超過(guò)公稱(chēng)力30%以上的下頂料鍛擠或拉伸力要求，凸輪式機(jī)械下頂料裝置就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

氣動(dòng)式下頂料是將氣缸懸掛在底座下面，活塞桿與頂料桿直接相連，通過(guò)氣缸的運(yùn)動(dòng)，直接頂料，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但頂出力較小，僅用于零件沖壓后從模具內(nèi)將零件頂出，不能滿足鍛擠工作要求。目前只在對(duì)頂料力要求不高的少量小型機(jī)械壓力機(jī)上使用。

本文在分析了前兩種頂料裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性發(fā)明了機(jī)械壓力機(jī)杠桿式機(jī)械下頂料裝置和齒輪齒條式機(jī)械下頂料裝置。第一種通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了滑塊下落時(shí)頂料桿頂出的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了同步鍛造零件，減少了工序，節(jié)約了成本；并可通過(guò)設(shè)置杠桿中間支點(diǎn)座的位置，調(diào)節(jié)杠桿力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實(shí)現(xiàn)下頂料重載下鍛擠或拉伸的特殊要求。輔助氣缸直接安裝在頂料座上，活塞桿（下頂桿）、上頂桿直接頂料，提高了能量的利用率。

第二種齒輪齒條式機(jī)械下頂料裝置通過(guò)齒條與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，齒輪帶動(dòng)支座內(nèi)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸上裝有凸輪，通過(guò)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)將下頂桿及上頂桿頂起。在上頂桿處還裝有頂料杠桿，杠桿一端與機(jī)身側(cè)面裝有氣缸活塞桿相連，氣缸活塞桿繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)杠桿將上頂桿繼續(xù)頂出，并保持，便于鍛件的抓取。滑塊兩側(cè)拉桿、齒條與齒輪剛性傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了滑塊下落時(shí)下頂料頂出的相向運(yùn)動(dòng)，完成上下模具同時(shí)鍛擠或拉伸零件。

所采用的機(jī)械壓力機(jī)杠桿式機(jī)械下頂料裝置和齒輪齒條式機(jī)械下頂料裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，安全可靠，機(jī)械效率高，下頂料力大，制造成本低，維修簡(jiǎn)單，綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)壓力機(jī)及模具的使用壽命、提高鍛件精度和成型產(chǎn)品工藝性的效果。

1 凸輪式機(jī)械下頂料裝置結(jié)構(gòu)原理

圖1 凸輪式機(jī)械下頂料裝置

如圖1所示，凸輪式機(jī)械下頂料裝置是將曲軸的旋轉(zhuǎn)力，通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)將扭矩轉(zhuǎn)化為擺桿帶動(dòng)拉桿上下運(yùn)動(dòng)的力，再通過(guò)連桿將拉桿上下運(yùn)動(dòng)的力轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩，最后通過(guò)下頂料軸轉(zhuǎn)動(dòng)將扭矩再轉(zhuǎn)化為頂料桿向上的頂料力，與滑塊同步動(dòng)作實(shí)現(xiàn)零件的鍛造；機(jī)械頂料動(dòng)作完成后，滑塊向上回程時(shí)，輔助氣缸開(kāi)始啟動(dòng)，氣缸活塞桿連接在連桿上，通過(guò)連桿、下頂料軸，采用與機(jī)械頂料相同的動(dòng)作，繼續(xù)將頂料桿向上頂出，將鍛件從下模腔里頂出并在最高位置保持一段時(shí)間（便于夾持鍛件），至此，完成整個(gè)頂料過(guò)程。

2 氣動(dòng)式下頂料裝置結(jié)構(gòu)原理

氣動(dòng)式下頂料是將氣缸懸掛在底座下面，如圖2所示，活塞桿與頂料桿直接相連，通過(guò)氣缸的運(yùn)動(dòng)，直接頂料，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但頂出力較小，僅用于零件沖壓后從模具內(nèi)將零件頂出，不能滿足鍛擠工作要求。目前只在對(duì)頂料力要求不高的少量小型機(jī)械壓力機(jī)上使用。

圖2 氣動(dòng)式下頂料裝置

3 杠桿式機(jī)械下頂料裝置結(jié)構(gòu)原理

機(jī)械壓力機(jī)杠桿式機(jī)械下頂料裝置，包括螺母、球面墊圈、上拉桿、支架、鎖緊螺母、調(diào)節(jié)螺母、下拉桿、導(dǎo)向銅套、支點(diǎn)座、螺母、拉桿接頭、支座、杠桿、氣缸總成、滑塊、機(jī)身、電磁閥、套、接油盤(pán)、自潤(rùn)滑銅套、上頂桿、頂料座、下頂桿、軸用擋圈、銷(xiāo)軸等。

其特征是兩側(cè)拉桿通過(guò)各支架直接固定在滑塊上，拉桿分上下兩部分，中間用調(diào)節(jié)螺母連接，根據(jù)裝模高度不同要求用于調(diào)整拉桿的長(zhǎng)度。下拉桿下端與拉桿接頭通過(guò)銷(xiāo)軸、自潤(rùn)滑銅套實(shí)現(xiàn)固定連接，拉桿接頭與橫向設(shè)置的杠桿外端通過(guò)銷(xiāo)軸、自潤(rùn)滑銅套實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)、滑動(dòng)連接，杠桿中部與設(shè)置在機(jī)身上的支點(diǎn)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，杠桿另一端通過(guò)銷(xiāo)軸、自潤(rùn)滑銅與滾輪連接，滾輪與頂料座下底面滾動(dòng)連接，頂料座下端有導(dǎo)向槽，滾輪沿導(dǎo)向槽滾動(dòng)。頂料座上端裝有上頂桿，中間裝有下頂桿，即氣缸活塞桿，頂料座下端還裝有輔助氣缸，氣缸通過(guò)電磁閥控制動(dòng)作。滑塊帶動(dòng)拉桿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉桿推動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，將頂料座頂起，頂料座再將上頂桿頂起，實(shí)現(xiàn)鍛擠或拉伸頂料的過(guò)程；在機(jī)械頂料完成后，滑塊向上返程時(shí)通過(guò)相反動(dòng)作，頂料座向下回程，上頂桿通過(guò)自重下落，頂料座下落時(shí)，氣缸啟動(dòng)克服向下運(yùn)動(dòng)的力，活塞桿（下頂桿）向上頂出，使上頂桿繼續(xù)向上頂出，將鍛件從下模腔里頂出并在最高位置保持一段時(shí)間（便于夾持鍛件）。

圖3 杠桿式機(jī)械下頂料裝置

具體工作過(guò)程為：上拉桿3通過(guò)支架4固定在滑塊16上，調(diào)節(jié)螺母6將上拉桿3與下拉桿7連接到一起，并且可通過(guò)改變上拉桿4與下拉桿7在調(diào)節(jié)螺母6中的擰入深度，調(diào)節(jié)拉桿總長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)與滑塊16裝模高度同步調(diào)整要求。下拉桿7下端與拉桿接頭12固定連接，拉桿接頭12與橫向設(shè)置的杠桿14外端通過(guò)銷(xiāo)軸33、自潤(rùn)滑銅套35實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)、滑動(dòng)連接，杠桿14中部與設(shè)置在機(jī)身上的支點(diǎn)座10轉(zhuǎn)動(dòng)連接，杠桿14另一端通過(guò)銷(xiāo)軸37、自潤(rùn)滑銅套 36與滾輪13連接，滾輪13與頂料座30下底面滾動(dòng)連接，頂料座30下端有導(dǎo)向槽，滾輪13沿導(dǎo)向槽滾動(dòng)。可通過(guò)設(shè)置中間支點(diǎn)座10的位置，調(diào)節(jié)杠桿力臂尺寸比例，達(dá)到需要的頂料行程和頂緊力。頂料座30下端固定有氣缸總成15，氣缸通過(guò)電磁閥19控制動(dòng)作，氣缸的活塞桿即為下頂桿32，下頂桿32穿過(guò)頂料座30中間，上端與頂料座30上端等高，上頂桿29就座在下頂桿31與頂料座30上端，機(jī)身右側(cè)還裝有電磁閥19，控制氣缸的進(jìn)氣、出氣，頂料座30中間還有接油盤(pán)25用于回收用戶頂料過(guò)程中使用的冷卻液。

圖4 杠桿式機(jī)械下頂料裝置

通過(guò)滑塊16帶動(dòng)兩側(cè)上、下拉桿3、7向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)擺桿14圍繞支點(diǎn)座10作杠桿運(yùn)動(dòng)，將頂料座30頂起，頂料座30再向上將上頂桿29頂起，實(shí)現(xiàn)頂料的動(dòng)作；在機(jī)械頂料動(dòng)作完成后，滑塊16向上返程時(shí)通過(guò)同樣的杠桿動(dòng)作，頂料座30向下回程，上頂桿29則通過(guò)自重下落，頂料座30下落時(shí)，氣缸開(kāi)始啟動(dòng)克服向下運(yùn)動(dòng)的力，活塞桿（下頂桿）向上頂出，使上頂桿29繼續(xù)向上頂出，將完工的鍛件從下模腔里頂出并在最高位置保持一段時(shí)間（便于夾持鍛件）。通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了滑塊16下落時(shí)下頂料裝置頂出的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)上下模具同步鍛擠或拉伸零件加工要求，減少了工序，節(jié)約了成本；并可通過(guò)設(shè)置杠桿14中間支點(diǎn)座10的位置，調(diào)節(jié)杠桿14力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實(shí)現(xiàn)下頂料重載下鍛擠或拉伸的要求。

通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了滑塊下落與頂料桿同時(shí)頂出的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)上下模具同步鍛造零件，減少了工序，節(jié)約了成本；并可通過(guò)設(shè)置杠桿中間支點(diǎn)座的位置，調(diào)節(jié)杠桿力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實(shí)現(xiàn)下頂料重載下鍛擠或拉伸的特殊要求。輔助氣缸直接安裝在頂料座上，活塞桿（下頂桿）、上頂桿直接頂料，提高了能量的利用率。

4 齒輪齒條式下頂料裝置結(jié)構(gòu)原理

如圖5所示，兩側(cè)上拉桿3通過(guò)其支架12安裝在滑塊11上，調(diào)節(jié)螺母4將上拉桿3與下拉桿5連接到一起，并且可通過(guò)改變上拉桿與下拉桿在調(diào)節(jié)螺母中的擰入深度，調(diào)節(jié)滑塊11裝模高度的同時(shí)調(diào)節(jié)拉桿3、5的總長(zhǎng)。下拉桿5通過(guò)連接套9與齒條33連接，齒條33通過(guò)齒條座31、導(dǎo)軌32上下滑動(dòng)，與齒輪34（一級(jí)或兩級(jí)）嚙合，齒輪通過(guò)平鍵22固定在軸20上，軸20固定在支座18與銅套19孔內(nèi)，軸20中部裝有凸輪29，凸輪29用平鍵30及隔套17固定，裝配時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)凸輪29的轉(zhuǎn)角，達(dá)到需要的頂料行程，凸輪29上方即是下頂桿28及上頂桿27，上頂桿27下方穿過(guò)杠桿6，杠桿6的一端固定在氣缸7的活塞桿上，氣缸7通過(guò)氣缸支座8安裝在機(jī)身13左側(cè)，杠桿6另一端通過(guò)銷(xiāo)軸14、銅套15及支座16固定在機(jī)身右側(cè)機(jī)身13內(nèi)。

圖5 齒輪齒條傳動(dòng)下頂料裝置示意圖

通過(guò)滑塊11帶動(dòng)拉桿5向下運(yùn)動(dòng)，拉桿5帶動(dòng)齒條33向下運(yùn)動(dòng)，齒條33推動(dòng)齒輪34及軸20旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)凸輪29擺動(dòng)，將下頂桿28頂起，下頂桿28向上推動(dòng)上頂桿27頂起，實(shí)現(xiàn)頂料的動(dòng)作。滑塊11帶動(dòng)兩側(cè)拉桿5向下運(yùn)動(dòng)，拉桿5帶動(dòng)齒條33在齒條座31的導(dǎo)軌32上運(yùn)動(dòng)，齒條33上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪34（一級(jí)或兩級(jí)）旋轉(zhuǎn)，通過(guò)齒輪34旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)軸20及凸輪29轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪29將下頂桿28及上頂桿27頂起，實(shí)現(xiàn)鍛擠或拉伸頂料的過(guò)程；滑塊11向上返程時(shí)通過(guò)拉桿5帶動(dòng)齒條33向上運(yùn)動(dòng)推動(dòng)齒輪34、軸20反向旋轉(zhuǎn)，凸輪29反向轉(zhuǎn)動(dòng)，下頂桿28靠自重開(kāi)始落下。在機(jī)械頂料完成時(shí)，杠桿6正好處于水平位置，氣缸7通過(guò)電磁閥控制開(kāi)始啟動(dòng)，氣缸7的活塞桿推動(dòng)杠桿6自由端繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上頂桿27繼續(xù)頂出，并保持，便于鍛件的抓取。滑塊11兩側(cè)拉桿5、齒條33與齒輪34剛性傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了滑塊11下落時(shí)下頂料28頂出的相向運(yùn)動(dòng)，完成上下模具同時(shí)鍛擠或拉伸零件。

5 總結(jié)

機(jī)械壓力機(jī)杠桿式機(jī)械下頂料裝置和齒輪齒條式下頂料裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力機(jī)下頂料裝置的同步鍛擠或拉伸，避免因不同步造成的鍛件廢品，提高能量利用率，避免了沖擊，保護(hù)了模具和鍛件。并可通過(guò)設(shè)置杠桿中間支點(diǎn)座的位置，調(diào)節(jié)杠桿力臂尺寸比例，增大下頂料力，從而實(shí)現(xiàn)下頂料重載下鍛擠或拉伸的要求。

機(jī)械壓力機(jī)杠桿式機(jī)械下頂料裝置和齒輪齒條式下頂料裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，安全可靠，機(jī)械效率高，下頂料力大，制造成本低，維修簡(jiǎn)單，綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)壓力機(jī)及模具的使用壽命、提高鍛件精度和成形產(chǎn)品工藝性的效果。