□ 張 捷 □ 袁祖強 □ 袁峰峰

南京工業(yè)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(shù)名鍛工在狹小場所內(nèi)進行。尤其是熱模鍛，不僅工作環(huán)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(jīng)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(chǎn)線，但是投資較大，聯(lián)動控制復雜，單臺作業(yè)鍛壓機仍較常見。

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，筆者設(shè)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(shè)計

1．1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

移動平臺由滑板、導軌、擋板、行程開關(guān)和液壓缸組成，如圖1、圖2所示?；迳嫌袃蓚€沉孔作為上模具的安裝座，擋板安裝在導軌兩側(cè)，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(guān)與鍛壓機腳踏開關(guān)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(guān)，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(guān)，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(guān)，鍛壓機也不會動作，起到安全保護作用。

▲圖1 移動平臺結(jié)構(gòu)示意圖

▲圖2 壓力機總體結(jié)構(gòu)示意圖

1．2 液壓回路設(shè)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?；逡苿铀俣纫?00mm/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(yīng)有富余量。考慮油溫升高及環(huán)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(guān)線路

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

圖4是鍛壓機腳踏開關(guān)的線路改動圖，在原線路上串聯(lián)兩個行程開關(guān)。即把圖4中行程開關(guān)4、8接到線路中，行程開關(guān)4、8并聯(lián)，然后與腳踏開關(guān)串聯(lián)。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(guān)，該行程開關(guān)仍然處于斷開狀態(tài)，可以消除由于上模具沒有移動到位而引發(fā)的安全隱患。

▲圖4 腳踏開關(guān)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(wǎng)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(yīng)力圖（圖5）和位移圖 （圖 6）， 最大應(yīng)力為 393．3MPa， 小于20CrMnTi的屈服極限，并且其位移也在公差范圍內(nèi)。由以上分析可知，移動平臺的結(jié)構(gòu)和尺寸能夠滿足1 600t鍛壓要求。

3 平臺運行試驗

根據(jù)以上設(shè)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(jié)叉。試驗期間移動平臺可穩(wěn)定工作，未出現(xiàn)卡死情況，且在滑臺移動過程中，試踩腳踏開關(guān)，壓力機沒有下壓，說明行程開關(guān)運行完好，能有效防止意外發(fā)生。

▲圖5 滑板受力時應(yīng)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(jié)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(gòu)設(shè)計、靜力分析和運行試驗。結(jié)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(chǎn)效率，改善了工作環(huán)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(shù)水平及發(fā)展趨勢［J］．中國機械工程，1996，7（3）：5-8．

［2］ 崔東衛(wèi)，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．