文/夏巨諶，金俊松，王新云?華中科技大學

馮儀，余俊?武漢新威奇科技有限公司

冷溫精鍛壓力機的最新進展與難點分析及對策

文/夏巨諶，金俊松，王新云?華中科技大學

馮儀，余俊?武漢新威奇科技有限公司

冷溫精鍛壓力機的最新進展

為了更好地適應高強鋼冷溫精鍛成形和高強度鋁合金溫熱精鍛成形的要求，2016年武漢新威奇科技有限公司成功研制Y68SK-315型高性能伺服液壓機和J58ZK-500型直驅式電動螺旋壓力機。

伺服壓力機的工作原理與特點

⑴工作原理。

Y68SK精鍛伺服液壓機使用液壓站采用“泵控伺服”技術，通過對泵的轉矩與轉速的精確控制，實現(xiàn)流量和壓力精確控制。主要由電液伺服驅動器、三相交流永磁同步電機、德國福伊特高性能專用伺服泵、壓力傳感器等幾部分組成。由于油泵的輸出流量正比于電機的轉速，油路內的壓力正比于電機的輸出扭矩，通過對系統(tǒng)壓力、流量雙閉環(huán)控制，采用矢量控制+弱磁控制+專用PID控制算法，完成對泵的轉矩與轉速的精確控制。按照實際需要的流量和壓力實現(xiàn)精確供給，消除高壓節(jié)流的能源損耗，克服了傳統(tǒng)“閥控伺服”系統(tǒng)高壓節(jié)流產(chǎn)生的油溫升高過快的問題，達到節(jié)能省電的效果，同時降低系統(tǒng)油溫，最高節(jié)能率達70%，平均節(jié)能率達30%。

1)柔性高?；瑝K運動曲線可根據(jù)不同精鍛工藝和模具要求進行優(yōu)化設置，可設計特殊的工作特性曲線，進行高難度、高精度成形，實現(xiàn)滑塊“自由運動”。滑塊可以設置為自由工作模式，也可設定為下死點保壓等功能模式，大大提高了液壓機智能化程度和適用范圍。

2)效率高?？梢愿鶕?jù)實際情況的需要，在較大范圍內設定滑塊行程次數(shù)，在很寬范圍內調節(jié)滑塊速度。此外，伺服液壓機行程也可以方便地調整，能根據(jù)成形工藝需要，使液壓機在必要的最小行程內工作，生產(chǎn)效率得以提高。

3)精度高。伺服液壓機的運動可以精確控制，裝有滑塊位移檢測裝置，滑塊的任意位置可以準確控制?；瑝K運動特性可以優(yōu)化，例如拉伸、彎曲及壓印時，合理的滑塊曲線可減少回彈，提高制件精度。通過閉環(huán)控制，滑塊的重復定位精度高，保證了同批制件的精度。

4)噪聲低。伺服液壓機在工作中能減少噪聲3～10dB，在滑塊靜止時可減少噪聲30dB以上，大大減少了對操作人員及環(huán)境的影響。

5)節(jié)能省電。與傳統(tǒng)液壓機比較節(jié)能效果顯著，根據(jù)精鍛成形工藝和生產(chǎn)節(jié)拍不同，伺服驅動液壓機比傳統(tǒng)液壓機可節(jié)電30%～70%。

6)成形性能好。伺服驅動液壓機能很好地滿足一些新材料的成形工藝要求。除了鋁合金精鍛成形外，還適合于鎂合金精密成形，鎂合金液壓成形時需將其加熱到250℃～350℃，由于大部分鎂合金產(chǎn)品為薄板結構，毛坯加熱后在模具中的冷卻速度非?？?，因此，在傳統(tǒng)的液壓機上難以實現(xiàn)恒溫液壓成形。采用伺服驅動液壓機，選用合適的滑塊運動曲線，易于控制成形溫度、防止工件表面氧化，并獲得理想的高質量產(chǎn)品。

7)操作方便。針對模鍛行業(yè)專門開發(fā)的控制系統(tǒng)和人機交互界面，可以方便進行滑塊曲線設定，滑塊位置、速度的顯示和記錄，便于實現(xiàn)遠程故障診斷，設備安全性更高。

8)維護保養(yǎng)方便。由于取消了液壓系統(tǒng)中的比例伺服液壓閥、調速回路、調壓回路，液壓系統(tǒng)大大簡化。對液壓油的清潔度要求遠遠小于液壓比例伺服系統(tǒng)，減少了液壓油污染對系統(tǒng)的影響。

圖1所示為Y68SK-315伺服液壓機樣機。

⑵主要技術參數(shù)。

表1為Y68SK系列精鍛型伺服液壓機主要技術參數(shù)（武漢新威奇科技有限公司）。

直驅式電動螺旋壓力機

⑴驅動系統(tǒng)結構工作原理與特點。

圖1 Y68SK-315伺服液壓機樣機

直驅式電動螺旋壓力機是電動螺旋壓力機的最新發(fā)展，其基本結構及原理如圖2所示。它由冷卻電機1、主電機定子2、轉子3、螺桿4、上橫梁5、推力軸承6和拉桿7等主要零部件組成。主電機定子2固定在上橫梁5的上面，主電機轉子3固定在飛輪外圓柱面上，帶有轉子3的飛輪與螺桿4固結為一體，其余結構與非直驅式電動螺旋壓力機相同。主電機2、3正反通電時，與飛輪為一體的轉子3在磁場作用下作正反快速旋轉，帶動螺桿4以相同的速度正反旋轉，進而帶動滑塊向下與向上往復運動，從而實現(xiàn)模鍛成形功能。

表1 Y68SK系列精鍛型伺服液壓機主要技術參數(shù)（武漢新威奇科技有限公司）

圖2 直驅式電動螺旋壓力機驅動系統(tǒng)

基于上述原理，武漢新威奇科技有限公司于2016年研制成公稱壓力為5MN的J58ZK型直驅式電動螺旋壓力機，其樣機如圖3所示，主要技術參數(shù)列入表2。

⑵主要技術參數(shù)。

圖3 J58ZK—500型直驅式電動螺旋壓力機樣機

表2 J58ZK-500型直驅式數(shù)控電動螺旋壓力機主要技術參數(shù)

由于性能先進、運行平穩(wěn)，Y68SK-315型伺服壓力機已由揚州恒通精密機械有限公司采購。J58ZK-500型直驅式電動螺旋壓力機已由浙江躍進有色金屬制造有限公司簽訂采購意向協(xié)議。

難點分析及對策

精密液壓機的難點分析及對策

⑴液壓傳動系統(tǒng)漏油。其主要原因是為了追求低成本，所采用的液壓元器件質量差，壓力機運行一段時間后就開始漏油。既影響操作工人的身體健康，又污染場地，建議采用高性能優(yōu)質的液壓元器件。

⑵滑塊速度慢。其工進速度一般在20mm/s以內，這對于閉式冷精鍛尚可，但對于軸類件多工位冷擠壓就影響生產(chǎn)效率?？論跛俣纫话銥?50mm/ s～200mm/s，導致行程次數(shù)少，生產(chǎn)節(jié)拍慢。建議對于黑色金屬冷精鍛及冷擠壓其工進速度應為30mm/s左右。溫鍛時工進速度應為50mm/ s～100mm/s，對于鋁合金精鍛應為30mm/s～40 mm/s?？粘趟俣葢獮?00mm/s～500mm/s。

⑶開發(fā)高性能多工位液壓機滿足軸類件與杯桿類零件冷溫精鍛要求。對于多工位精鍛壓力機，其噸位一般在1600t或者更大，除采用加長滑塊及導軌精密導向裝置外，宜采用三缸驅動和比例閥乃至伺服閥實現(xiàn)同步控制，滑塊空程速度為500mm/s，工進速度為34mm/s、50mm/s、100mm/s，工位數(shù)4～5，既能滿足低碳合金鋼軸類件多工位冷精鍛工藝要求，又能滿足中碳合金鋼杯桿類零件多工位溫精鍛工藝要求。

電動螺旋壓力機的難點分析及對策

⑴開發(fā)多工位電動螺旋壓力機能更好滿足溫精鍛工藝要求。對于黑色金屬溫精鍛的初始溫度一般為800±20℃，當溫精鍛為多工步成形時，其終鍛溫度將大為降低，導致變形抗力急劇增加、成形困難、模具壽命降低；對于鍛造鋁合金熱精鍛時其溫度范圍一般在100℃以內，溫精鍛溫度范圍更小。溫度過低很容易使鍛件產(chǎn)生開裂。

目前，為減少偏心載荷對鍛件精度的影響，多采用單機連線，為保證中心打擊，每臺壓力機上只完成一個工步。這不僅影響鍛件質量、模具壽命，還影響生產(chǎn)效率。

建議開發(fā)多工位電動螺旋壓力機，設計時，適當加寬工作臺面，通過增大螺桿直徑、機身橫截面積，保證機身強度、剛度和抗偏載能力。

⑵開發(fā)智能型電動螺旋壓力機。以目前的數(shù)字化控制和打擊能量可準確控制為基礎，增加滑塊打擊速度、位移、打擊力及溫度等工藝技術參數(shù)的信息采集與處理系統(tǒng)，以獲得優(yōu)質合格溫精鍛件的工藝參數(shù)作為比照樣本；通過開發(fā)智能化控制系統(tǒng)使壓力機在溫精鍛過程中具有“自學習、自適應、自調整”即智能化的功能。使我國中小電動螺旋壓力機居世界領先水平。

結束語

本文通過介紹冷溫精鍛壓力機的種類及特點，著重介紹了華中科技大學同相關單位合作研制的數(shù)控精鍛液壓機與數(shù)控電動螺旋壓力機的特點，推廣應用情況，同時也簡要介紹存在的問題及難點，并提出了一些解決的對策。