鄒立平，滕 飛，姚成良

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300）

0 引言

上世紀(jì)80年代從美國(guó)引進(jìn)的鋼球高速鐓鍛機(jī)，生產(chǎn)效率高，但同時(shí)對(duì)料材要求也高。由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)技術(shù)水平及市場(chǎng)方面原因，導(dǎo)致設(shè)備閑置了幾十年。根據(jù)出口美國(guó)汽車(chē)軸承生產(chǎn)的需要，公司決定對(duì)高速鐓鍛機(jī)進(jìn)行功能性改造，用于加工圓錐滾子。為此，需解決以下問(wèn)題：①降低鐓鍛頻次，使坯料在工位切換及落料過(guò)程中有充分的時(shí)間；②加設(shè)開(kāi)鉗機(jī)構(gòu)，保證在上下模具接觸坯料瞬間開(kāi)鉗，以保證鉗指持續(xù)扶正功能，降低廢品率；③對(duì)主機(jī)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)進(jìn)行全面檢修，保證設(shè)備工作的可靠性、穩(wěn)定性。

1 高鐓機(jī)改造前狀況

1.1 高鐓機(jī)構(gòu)成

鋼球高速鐓鍛機(jī)由機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)以及送料系統(tǒng)、校直系統(tǒng)構(gòu)成，采用單工位冷鐓方式。由一個(gè)55kW電機(jī)、通過(guò)一對(duì)傳動(dòng)比為3的帶輪驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)主軸、凸輪、傘齒輪及連桿控制和完成坯料的切斷、工位切換及鐓鍛，鐓鍛頻次300min-1。

1.2 存在問(wèn)題

原設(shè)備制造于1984年，其機(jī)械系統(tǒng)的許多零部件磨損、老化甚至失效，電控系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的許多元器件功能受損、可靠性較差，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)行。加工圓錐滾子時(shí)，由于主電機(jī)不能調(diào)速，無(wú)法降低設(shè)備的鐓鍛頻次，使沖壓后的滾子落料不可靠，造成設(shè)備運(yùn)行中斷、運(yùn)料鉗指和沖壓模具損壞。較高的鐓鍛頻次還會(huì)影響到機(jī)械系統(tǒng)零部件的使用壽命，尤其是打料針的使用壽命相對(duì)較低。

2 高鐓機(jī)改造后狀況

2.1 主機(jī)部分改造

首先對(duì)鋼球高速鐓鍛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等進(jìn)行全面檢修，更換了部分零部件和元器件，提高了主機(jī)工作的可靠性，使高鐓機(jī)初步具備了沖壓試驗(yàn)的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合圓錐滾子沖壓特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)制造了切料模具、沖壓模具、送料裝置和相應(yīng)輔助裝置，反復(fù)進(jìn)行調(diào)整、改進(jìn)和完善。

2.2 開(kāi)鉗機(jī)構(gòu)的加入及工作原理

鋼球高速鐓鍛機(jī)鉗指脫開(kāi)是靠上下模具夾料瞬間，利用自身回撤力從坯料中拽出，對(duì)鋼球而言，這種方式對(duì)沖壓后零件精度并無(wú)影響。但沖壓圓錐滾子，當(dāng)坯料被鉗指夾持剛好處于上下模具夾料瞬間，如有一橫向力作用，將影響坯料在模具間的穩(wěn)定性，造成零件沖壓精度降低，甚至出現(xiàn)廢品。另外，圓錐滾子沖壓模具較鋼球沖壓模具在結(jié)構(gòu)上存在差異，也不適合于這種力的存在。針對(duì)該問(wèn)題，設(shè)計(jì)引入開(kāi)鉗機(jī)構(gòu)，使開(kāi)鉗動(dòng)作和主運(yùn)動(dòng)有機(jī)聯(lián)系在一起，形成了機(jī)械聯(lián)鎖。

圖1 鉗指及開(kāi)鉗機(jī)構(gòu)圖

如圖1所示，開(kāi)鉗機(jī)構(gòu)的座板固聯(lián)在上下沖頭座體上。斜塊把固在上沖頭上，可實(shí)現(xiàn)上下左右及前后微調(diào)，并把開(kāi)鉗的動(dòng)作引入到主運(yùn)動(dòng)中，從而形成機(jī)械動(dòng)作連鎖。工作時(shí)，在主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)一系列機(jī)械傳動(dòng)，使固聯(lián)在滑枕上的上沖頭模具在連桿的帶動(dòng)下向下沖頭快速趨近，這時(shí)，把固在上沖頭上的斜塊隨著這個(gè)運(yùn)動(dòng)也向前趨近，其斜面作用滾輪，當(dāng)斜塊運(yùn)動(dòng)到滾輪達(dá)到其斜面最高點(diǎn)時(shí)，通過(guò)杠桿、鉗指壓輪而使動(dòng)鉗指完全脫開(kāi)坯料并由于機(jī)械連鎖動(dòng)作的原因而撤回，有效解除了原坯料所受的徑向力。當(dāng)鉗指撤回后，把固在上沖頭上的斜塊也隨之撤回，在彈簧的作用下，杠桿抬起并受限位頂絲約束，以便下一循環(huán)鉗指向前運(yùn)料時(shí)不與杠桿接觸，免受外力干擾，提高鉗指夾料的可靠性。

2.3 電氣控制部分改造

電氣控制系統(tǒng)的改造主要包括兩部分：主傳動(dòng)的變頻調(diào)速部分和整機(jī)運(yùn)行與安全控制部分。

冷鐓機(jī)的加工節(jié)拍是由主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的，原主驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度不可調(diào)，生產(chǎn)節(jié)拍固定在300min-1左右。由于產(chǎn)品原因，原固定節(jié)拍的加工方式不能滿足生產(chǎn)需要，因此對(duì)主傳動(dòng)部分進(jìn)行了變頻調(diào)速改造。從調(diào)速范圍和調(diào)速精度方面考慮，采用具有速度傳感器的矢量控制方式，通過(guò)變頻器的自動(dòng)參數(shù)識(shí)別功能，在調(diào)試階段取得電機(jī)的有關(guān)參數(shù)，保證在調(diào)速范圍和調(diào)速精度上，滿足工藝要求。

變頻調(diào)速原理圖如圖2所示。

原整機(jī)運(yùn)行與安全控制部分采用繼電器硬接線的控制方式，接線復(fù)雜，故障率高，維修難度大。為提高設(shè)備的可靠性，除必要的安全回路采用硬接線方式外，其余邏輯控制部分采用小型PLC集中控制，主要包括上料、矯直、工件計(jì)數(shù)控制、各種互鎖控制等等。

3 結(jié)語(yǔ)

圖2 變頻調(diào)速原理圖

通過(guò)對(duì)鋼球高速鐓鍛機(jī)的全面檢修、功能恢復(fù)，變頻調(diào)速改造以及加設(shè)開(kāi)鉗功能，使高鐓機(jī)達(dá)到了設(shè)定目標(biāo)。改造后的設(shè)備，采用盤(pán)圓料加工滾子，恢復(fù)了原有設(shè)備功能。通過(guò)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)鐓鍛頻次的調(diào)整，保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。調(diào)整范圍可在100～250min-1之間任意設(shè)定。滾子成型精度滿足產(chǎn)品工藝要求，沖壓同軸度小于0.10，滾子長(zhǎng)度公差控制在0.20以內(nèi)，開(kāi)鉗功能的加入，降低了沖壓廢品率。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的合理選擇還有待于改進(jìn)和完善。還需進(jìn)一步研究熱處理方法和表面處理方法，研究模具制造工藝，從而提高滾子成型精度和模具的使用壽命。

[1] 吳麗霞，等.一種自動(dòng)冷鐓機(jī)半成品送料系統(tǒng)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49（2）.

[2] 關(guān)景奇.自動(dòng)鐓鍛機(jī)的沖頭頂出機(jī)構(gòu)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1993，28（3）.