精鍛機夾頭結構及運行原理研究

李陽，白景年，王飛云，任源，彭常戶

（西部超導材料科技股份有限公司，西安 710018）

0 引言

精鍛機相比于其他鍛造設備以其自動化程度高、生產效率高、加工精度高等顯著優點，廣泛應用于冶金行業。目前，國內冶金企業使用的精鍛機基本依賴于進口，主要為奧地利GFM 公司所制造的精鍛機。國產精鍛機雖已制造成功，但從鍛造力、加工精度、自動化程度及系統可靠性方面與進口設備差距較大。因此，進一步對精鍛機進行更為細致、深入的研究很有必要。本文重點對精鍛機夾頭的結構及其運行原理進行了研究。

1 夾頭功能概述

精鍛機鍛造箱兩側的夾頭是最為重要的輔助機械設備，一對夾頭分列于鍛造箱的兩側。夾頭單元的任務是：從裝載裝置取得工件，鍛造過程中軸向移動工件，進行必要的旋轉和分離運動，補償每次鍛擊工件產生的延伸，把鍛造好的工件放到卸載裝置上。

物料的夾持通過4 支夾爪來實現，夾頭箱內部有外、中、內3 支滑套。內滑套相對于夾頭箱軸向固定，4 支夾爪的擺動中心固定于內滑套頭部。4 支夾緊油缸通過支架固連于外滑套和中滑套之間，中滑套和外滑套可以延軸向方向移動。當油缸工作時，外滑套向后運動，中滑套向前運動，4 支夾爪閉合將物料夾緊，夾緊力由油缸產生并且按照要求由程序實現。

軸向送進通過固定于鍛造箱兩側較長行程的油缸實現，鍛造過程中，一側夾頭座油缸伸出，另一側夾頭座油缸縮回。兩個夾頭座沿鍛造工件軸向移動。

物料旋轉主要依賴于內滑套，夾頭箱頂部放置一臺電機，電機輸出軸通過皮帶輪將動力傳遞給蝸輪蝸桿機構，蝸輪與內滑套固連，從而帶動內滑套旋轉，實現了鍛造頻率和物料旋轉頻率的一致性。蝸桿軸一側裝有若干組碟簧，緩沖鍛造過程中夾頭內套的停滯。夾頭內套的軸向方向前后安裝有4 組板簧，緩沖由于物料的延展造成的夾頭連續推進的停滯。與夾頭旋轉驅動電機輸出軸相連的抱閘保證夾頭的旋轉與鍛造頻率相同，避免了物料在鍛造過程中的扭轉變形。3 支滑套相對位置關系如圖1 所示。

圖1 滑套結構示意圖

2 滑套結構改進設計

3 支滑套是夾頭箱內部最為關鍵的部件，工件的夾持、旋轉依賴于3 支滑套來完成。在對進口精鍛機上述部件深入研究的基礎上，從材料的選取、加工工藝、熱處理工藝和結構改進進行了細致研究。

內滑套為長桿類零件，一體加工存在很大的難度，且加工成本較高。采用分體加工降低了加工難度，節約了加工成本。通過對進口零件的材料分析和相關材料力學性能試驗，對內滑套頭部采用ZG35CrMo，管件部分使用Q345B 材料。由于滑套之間存在相對滑動和轉動，在其表面車槽，緊箍六組銅帶，銅帶材質為QSn6.5-0.1，內滑套頭部和管件焊縫處于第一條和第二條銅帶之間，焊后需進行消除應力處理,并對焊縫進行超聲波探傷,其結構如圖2 所示。

圖2 內滑套結構

對于中滑套而言，一體加工同樣存在較大難度，所以依然采用分體加工，材質都選為20Cr，銅帶選用材質于外滑套一致。由于中滑套管壁較薄，焊縫埋于銅帶之下，焊接難度大，同時降低了中滑套的整體強度，因此，中滑套焊縫裸露在外，其結構如圖3 所示。

圖3 中滑套結構

外滑套尺寸較小，外表面配裝有軸承，兩只滑槽和外滑套本體插接并焊接為一體，而后對焊縫進行修磨，采用ZG35CrMo 材質，其結構如圖4 所示。

圖4 外滑套結構

3 夾頭機構的運行原理

精鍛機兩側的夾頭主要是實現在鍛造過程中對工件的操縱，中滑套和外滑套固連有4 只液壓油缸，使兩者沿軸向方向相對滑動，實現張開和閉合。外滑套外緣安裝有軸承，定位于箱體且能旋轉，夾頭旋轉電機驅動蝸桿，蝸桿帶動緊固在內滑套上的蝸輪，實現夾頭的旋轉。蝸桿軸一側的阻尼系統緩沖了夾頭的周期性停滯，夾頭內滑套的軸向前后安裝的4 組板簧，緩沖由于物料的延展造成夾頭連續推進的停滯。與夾頭旋轉驅動電機輸出軸相連的抱閘保證夾頭的旋轉與鍛造頻率相同，避免了物料在鍛造過程中的扭轉變形。其結構如圖5 所示。

圖5 夾頭間歇緩沖機構

精鍛機夾頭箱底部固連有一螺母與行走液壓缸活塞桿前端的螺紋構成螺紋連接，活塞的運行借助液壓伺服系統實現無級調速。夾頭行走液壓模塊利用速度伺服控制系統對夾頭的移動速度實現精密調整。編碼器采集到的速度信號經CNC 控制系統反饋給液壓伺服閥，從而實現對速度位移的精確控制，其控制精度可達0.1 mm，液壓原理如圖6 所示。

圖6 夾頭行走液壓系統

4 結語

目前，國內冶金行業的精鍛機主要還是依賴于進口，國產精鍛機雖然已經出現在市場，但所占份額非常之少，且加工制造水平、自動化程度和系統的可靠性與進口精鍛機相比還有相當大的差距。因此，認真研究進口精鍛機的運行原理、結構設計、加工工藝及控制技術將對國產精鍛機制造水平的提升起到積極的促進作用。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，1999.