精鍛機關鍵工裝夾具的優化改造

朱秦嶺，周 杰，王飛偉，彭常戶

（西部超導材料科技股份有限公司，陜西西安 710021）

0 引言

精鍛機是一種精密鍛壓設備，是由兩組對稱錘頭對金屬坯料進行高頻率鍛打的短沖程壓力機。在精鍛機實際運行中，出現了關鍵部件消耗磨損快、備件更換頻繁，產品表面存在缺陷的異常情況。通過分析和研究精鍛機設備運行時的特征和頻發故障，發現在主機鍛造單元和夾頭夾爪結構件存在設計缺陷，造成設備長期運行后各部件不同程度磨損，從而引起產品質量的瑕疵，造成了較為嚴重的物料浪費。因此，以精細化創新為手段，實現降本增效為目的，優化改造設備關鍵工裝夾具，保障精鍛機正常可靠運行成為刻不容緩的事情。

1 精鍛機工作方式

精鍛機鍛錘有兩種運動形式：①由主驅動電機通過齒輪傳動帶動偏心軸旋轉，推動連桿使錘頭做往復運動進行鍛打；②通過蝸輪蝸桿機構調節連桿的位置，改變錘頭的開口尺寸，以獲得不同的目標鍛造尺寸。進口精鍛機每分鐘錘擊次數比自由鍛壓機高一倍，由于錘擊頻次高，坯料形變產生的熱量可抵償坯料散失到環境的熱量，因此加工過程中溫度變化較小。這種鍛造模式對加工溫度范圍要求較窄的高溫合金、鈦合金及難變形合金非常適合。

2 精鍛機設備存在的問題

通過日常生產統計分析，發現造成設備故障頻繁和影響設備運行穩定性的因素主要有：①缸頭處的基板連接螺栓頻繁斷裂，鍛造過程中意外停機較多，斷裂螺栓如圖1所示；②鍛打后的物料表面夾痕較深，表面光潔度差，對后續銜接工序加工造成影響，最終降低了產品成品率，如圖2 所示。

圖1 斷裂螺栓

圖2 表面夾痕殘留

2.1 基板連接螺栓斷裂

（1）斷裂分析。精鍛機主機鍛造部位由缸頭、基板和錘頭三部分組成，其中基板和缸頭由4 根高強度螺栓連接為一體，在鍛造時會承受徑向的鍛造力和軸向的切向力。由于精鍛機生產鍛造一段時間后，4 個缸頭表面的平整度會下降，一旦其表面的熱處理層硬度不均勻造成基板貼合面平整度下降，螺栓定位間隙磨損就會變大；如果螺紋套設計不合理或使用變形、油污等臟東西進入螺紋孔、錘頭磨損受力不均勻等因素，單一出現或者交錯出現綜合疊加，都會造成螺栓頻繁斷裂。螺栓自身質量、缸頭和基板的貼合情況是至關重要的，具體結構如圖3 所示。

圖3 缸頭結構

（2）解決措施：①將螺栓材質45#鋼改為30CrMnSi，螺栓端部墩制成形改為插床插孔方式，同時分批檢測、驗收螺栓公差尺寸及強度，并對螺栓安裝方式進行檢查確認和指導；②將以前的缸頭螺紋套維修法改為軸銷螺紋冷裝法，嚴控加工工藝過程，確保檢驗合格后再進行熱安裝；③采取主機鍛造中心和2 個夾頭中心一致調整法；④嚴控修磨缸頭表面平整度及硬度均勻性，更換新基板時保證兩者整個平面結合，受力均勻；⑤對現有各基板、錘頭尺寸公差、表面平整度、硬度進行檢測確認，不滿足技術要求的及時維修；⑥制定預防性維護保養制度，嚴格要求周期性更換所有螺栓。

2.2 鍛打物料表面夾痕深

（1）夾痕分析。精鍛機在正常工作時，A、B 夾爪必須時刻緊緊夾持住棒材兩端以完成鍛造，由于原有夾爪上的鑲塊表面為多個不同角度的單個平面，與物料接觸實則為一切線，該切線處承擔所有液壓夾持力作用；且原有夾爪上的鑲塊有4°、8°和30°三種表面傾斜度，存在夾持力嚴重集中的現象，不利于壓力分散，從而在夾持棒材的部位產生夾痕。這些不僅影響夾持部位物料的金屬結構性能，而且帶來整根棒材扒皮量的增加，降低了整批產品的成品率。

（2）解決措施：①定位鑲塊，將原有平面改為V 形定位平面，改進后，鑲塊與物料接觸為兩條切線，共同承擔夾持力作用，起到壓力分散效果；②傾斜度，將原有傾斜度改為2°，減小角度不僅使壓力分布更加均勻，而且減少對物料的刮碰損傷，改進后的鑲塊如圖4 所示。

圖4 改進后的鑲塊

3 改造效果

通過對精鍛機基板連接螺栓材料、加工工藝路線的改進，設備日常運行的管控和預防性維保，連接螺栓全年采購成本節省7.2 萬元，節省成本高達76%。每年因螺栓斷裂設備維修耗時降低到36 h，較之前更換時間縮減68%。

夾爪鑲塊改造前，精鍛棒材的毛坯直徑尺寸需要預留2 mm，半徑方向的夾爪夾痕一般在0.4 mm 左右；夾爪改進優化后，棒材端部的夾痕變淺，在半徑方向的夾痕可控制在0.2 mm，如圖5 所示。

圖5 夾痕截面尺寸

在棒材相同質量的前提下，夾爪鑲塊改造前后棒材長度方向尺寸對比，如圖6 所示。由于改造前棒材兩端夾持處夾痕太深，必須切除有夾痕的棒材端部，造成產品長度尺寸的縮減。改造后夾痕變淺，可徹底避免切除夾痕部位，不僅節約了棒料，也減少了后續工序的工作量。通過對夾頭夾爪壓鑲塊的優化改進，棒材鍛造尺寸精確控制后成品率提高了1.58%。

圖6 棒材長度尺寸對比

4 結語

設備長期穩定可靠運行是生產型企業永遠的追求目標，但設備磨損和性能下降不可避免，因此，要及時發現設備潛在問題，分析故障根源，堅持不懈地進行設備長期技術改造。做好精鍛機日常運行狀態的監控，開展對關鍵部位的持續改造優化，勢必能延長設備使用壽命，確保設備維持良好的性能狀態。