國產熱模鍛壓力機的創新研究及應用選型

于學宏，申 剛，仉建軍，朱元勝

（青島宏達鍛壓機械有限公司，山東 青島266309）

隨著科技的飛速發展和國民經濟的快速提升，我國鍛造業的社會化大生產也得到了快速發展。為提高效益，鍛造企業必將重新洗牌，逐步向集約化方向發展，走批量發展之路，從而降低成本，提高效益。鍛造設備也將向優質高效、自動化、精密化方向發展，而熱模鍛壓力機因其適合自動化、批量化生產的特點必將成為符合這一發展趨勢的優選設備之一。

1 性能特點

如圖1 所示，熱模鍛壓力機是目前我國模鍛行業廣泛采用的模鍛設備之一?？蓪崿F多模膛鍛造，鍛件尺寸精度較高，加工余量小，適用于大批量流水線生產。尤其對于模鍛車間設備更新改造，該設備為優選設備之一。

圖1 熱模鍛壓力機

其優點有：振動和噪聲小，工作環境比較安靜；設備的剛性和穩定性好，操作安全可靠；滑塊行程次數較高，因而生產效率較高；有可靠的導軌和精確的行程，能夠保證鍛件精度；具有較大頂出力的上、下頂料裝置，保證鍛件貼模后容易脫出；具有脫出“悶車”的裝置，當坯料尺寸偏大，溫度偏低，設備調整或操作失誤時，出現“悶車”而不至于損壞設備，并能及時解脫“悶車”狀況。

其缺點有：鍛造過程中清除氧化皮較困難；超負荷時容易損壞設備；與模鍛錘相比，其工藝萬能性較小，對滾擠或拔長工序較困難。

需要注意的是，由于熱模鍛壓力機是曲柄連桿機構，所以它屬于定行程設備，其允許工作力是隨曲柄轉角變化的。公稱壓力角是熱模鍛壓力機可施加名義噸位的曲柄轉角，熱模鍛壓力機實際打擊力隨轉角變化的曲線不能超過允許載荷曲線，否則將引起離合器打滑，造成悶車。這時如果沒有有效的措施，只能把模具破壞掉，造成很大損失。而鍛件下料不準，溫度偏低及操作失誤等，都可能引起悶車而中斷生產。為了防止超載和保證鍛件尺寸，需反復調整封閉高度，模具調整比較繁瑣，因此熱模鍛壓力機適合批量生產，效率高、質量穩定。

2 工藝用途及其選擇

2.1 工藝用途

熱模鍛壓力機是借助模具實現金屬毛坯熱成形的鍛造設備。和模鍛錘相比，熱模鍛壓力機由于鍛造出的鍛件精度高、材料利用率高、生產率高、易于實現自動化、對工人的操作技術水平要求低、噪聲和振動小等優點，在現代鍛壓生產中的應用日趨廣泛，特別是在大批和大量生產條件下，已逐步取代模鍛錘，成為模鍛件批量生產的主要設備。在熱模鍛壓力機上，可以完成開式模鍛、閉式模鍛和擠壓等金屬型材的各種熱模鍛工藝過程。通過手工操作或自動傳送裝置，可以進行多模腔的熱模鍛。

熱模鍛壓力機模鍛零件主要類型有：①主要通過鐓粗方式成形的鍛件，如齒輪、法蘭盤等盤形零件；②主要通過擠壓工藝成形的復雜結構形狀的鍛件，如叉形零件和其他非對稱零件；③需要用預先引伸工序的鍛件，如汽車前梁、曲軸等。引伸工序通常在輥鍛機上進行。

2.2 使用選擇

熱模鍛壓力機的選擇除考慮壓力機工作臺上平面和滑塊底面尺寸、行程、封閉高度及其調整量等參數外，最重要的是確定壓力機的公稱壓力，與此同時還必須使模鍛工作時所消耗的能量小于或等于壓力機所能釋放的最大能量。

在熱模鍛壓力機使用過程中，毛坯加熱溫度過低、加熱毛坯在鍛造傳送過程中的冷卻、毛坯體積的公差以及壓力機封閉高度的不正確調整等原因，都有可能引起模鍛力的急劇增加，導致壓力機過載或悶車。在現有計算方法中，尚不能精確確定實際模鍛力。因而，在沒有可靠的防過載裝置的情況下，通過正確選擇熱模鍛壓力機的公稱力，仍然是保證熱模鍛壓力機正常和可靠工作的一個重要手段。

選擇熱模鍛壓力機時，必須考慮到模鍛力是鍛造溫度和毛坯體積的隨機函數這一事實。其經驗選擇計算公式：

pm=（0.7～0.75）pg

式中：pm——鍛造溫度下的平均鍛造力，MN；

pg——熱模鍛壓力機的公稱壓力，MN。

pm可以根據工藝計算決定。系數0.7 適用于溫度分散較大和非自動熱模鍛壓力機；0.75 用于溫度分散較小和自動熱模鍛壓力機的情況。經驗選擇方法雖然比較粗略，但計算簡單適用。

在已知的模鍛條件下，或者在規定毛坯溫度和體積分散的情況下，用上述方法確定的熱模鍛壓力機公稱壓力可以使壓力機過載概率大大降低。計算分析表明，毛坯加熱溫度降低100℃時，模鍛力有可能超過計算值的0.5 倍。熱模鍛的自動化不僅可以降低毛坯溫度分散，而且可以降低壓力機所必需的壓力。

3 本公司創新研究及應用優勢

在對熱模鍛壓力機的研究實踐中，本公司創新發明了熱模鍛壓力機封閉高度補償裝置。

傳統的熱模鍛壓力機封閉高度調整系統，利用絲杠與絲母傳動，指針進行直線運動，根據指針在標尺上的刻度讀數，實現封閉高度調整。傳動結構復雜，讀數靠機械標尺來標明，存在較大誤差，精確度低，更實現不了數字化調整。

本公司的創新發明則提供了一種傳動結構簡單、精確度高、調整準確的熱模鍛壓力機封閉高度補償裝置。如圖2 所示。

圖2 封閉高度補償裝置

其工作原理是：液壓馬達驅動花鍵軸旋轉，帶動花鍵軸上的主動齒輪轉動，與主動齒輪嚙合傳動的凸形從動齒輪轉動，然后，凸形從動齒輪轉動帶動與之相連接的蝸桿轉動，偏心蝸輪與蝸桿嚙合傳動，蝸桿傳動給模鍛機滑塊內部的偏心蝸輪，而實現模鍛機滑塊位置的變動。同時，蝸桿旋轉運動經中間連接軸、聯接套傳遞給編碼器旋轉軸。編碼器為絕對值編碼器，其特點是不需要計數器，通過光信號的位置傳感器來識別絕對角度位置，能夠大大提高編碼器的抗干擾及數據可靠性。傳出信號直接由PLC 控制，在觸摸屏操作界面上進行數字補償而實現封閉高度調整。

本發明模鍛機封閉高度補償裝置，傳動結構簡單，利用編碼器數字化技術，精確度高，進行數字補償而實現封閉高度調整，調整準確。模鍛機封閉高度直接數字顯示，無需用肉眼在傳統標尺上讀數，誤差極小，精確度高，直觀性強。

4 結語

經過實踐證明，本公司采用以上發明創新的熱模鍛壓力機，結構簡單，安全可靠，使用方便，故障率低，可為企業帶來很好的經濟效益，也將為我國鍛造企業的產業重組和轉型升級提供適合批量生產的裝備保障。