伺服壓力機在冷鍛實踐中的應用和經驗(下)

文／Dipl.-Ing. (TH) Andreas Kress·舒勒壓力機有限公司

伺服壓力機在冷鍛實踐中的應用和經驗(下)

文／Dipl.-Ing. (TH) Andreas Kress·舒勒壓力機有限公司

《伺服壓力機在冷鍛實踐中的應用和經驗（上）》見2015年第17期

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機

FM（FormMaster）系列壓力機是一款以線材為原材料，通過冷鍛方式生產鍛件的臥式多工位壓力機，是對原有產品的更新和升級。該系列壓力機最重要的創新是主驅動電機采用了伺服電機，同時對線材進料部分進行了完全修改，送料夾鉗通過伺服機構直接驅動齒條和齒輪，實現直線引料方式。圖6為FM500-6 SDT臥式多工位壓力機，表2為FM500-6 SDT和FM630-6 SDT技術參數。

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機采用2臺伺服電機驅動，電機通過法蘭連接的方式并排安裝在壓力機后側床身上。兩臺電機的額定功率均為377 kW，額定轉速為480r/min，蓄勢器存儲功率為510 kW。除滑塊外的所有其他輔助驅動均由扭矩電機通過中間軸、齒輪和錐齒輪驅動，為降低噪聲所有齒輪均采用斜齒或人字齒。

圖6 FM500-6 SDT臥式多工位壓力機

表2 FM500-6 SDT和FM630-6 SDT技術參數

送入壓力機的線材在剪切工位進行剪切。剪切模采用封閉切刀，切刀通過正反轉凸輪、凸輪杠桿和刀架驅動。剪切下的料段通過推桿推到第一個傳送夾鉗。剪切裝置見圖7。

圖7 剪切裝置

FM系列壓力機的成形工位上、下垂直布置，剪切下的坯料通過單獨的夾鉗臂從一個工位傳送到另一個工位。NC送料裝置在每個工位均有兩個分開的伺服驅動系統，分別用于工件的傳送和夾緊。FM500-6 SDT壓力機有6個傳送夾鉗和1個出料夾鉗。NC送料裝置可機動旋轉，工作時采用液壓鎖緊，模具工作區域非常容易接近。

由于成形工位采用上、下垂直布置，FM系列成形壓力機的滑塊非常狹長，結構簡單且容易操作（圖8）?；瑝K在非常長的導軌上運行，導軌間隙可精確調節，床身一側采用鋼制導向板，滑塊一側采用青銅導向板。沖頭一側的頂出裝置通過滑塊連桿向下傾斜的魚尾板驅動，所有工位一起動作。另外，還有一個同步頂出的機構，采用這種機構時，每個工位的頂出行程可以單獨調整。

圖8 滑塊和滑塊頂出裝置

凹模頂出裝置通過6組可調旋轉凸輪盤驅動（圖9），凸輪安裝在同一根軸上并通過主驅動系統驅動。凸輪盤通過滾輪和頂出杠桿操控每一個工位的頂出銷，這樣就可以對每個工位的頂出行程和頂出銷的位置進行單獨調節。

圖9 凹模頂出裝置

除了上述介紹的設備外，其他應用在體積成形領域壓力機還有：

⑴8000kN、20000kN雙點伺服壓力機。這兩種壓力機驅動均采用兩臺伺服電機，傳動系統采用肘桿式結構，可布置4～5個成形工位。

⑵16000kN的5工位曲柄鍛造壓力機。該壓力機主要用于鍛造齒坯，采用伺服驅動主要是為了盡可能提高滑塊在成形時的運行速度，以達到減少悶模時間和模具吸收熱量的目的。

⑶一種新型的臥式鐓鍛機。這種機型配置有兩個壓力分別為3150kN和5000kN相互獨立的伺服驅動機構。當工件被做垂直運動的驅動系統夾緊時，另外一套驅動系統（壓力小者）在水平方向完成實際的鐓鍛成形任務。

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機的運行特點

FM500-6 SDT臥式多工位壓力機已投產幾年，在該壓力機上生產過十多種不同的零件，結合實際使用情況，該型號壓力機表現出如下特點：

⑴運行平穩。采用正弦曲線運行時顯示，伺服壓力機比傳統壓力機運行方式要平穩許多。這主要是由于伺服壓力機負載均勻平穩，避免了能量從飛輪到滑塊傳遞時的沖擊；伺服驅動就像一個彈簧，使得整個系統運行比較柔和。此外，伺服系統機械負載較小，磨損少。

⑵產能較高。生產實踐結果顯示，一些在傳統設備上最高以60件/分鐘生產的零件，在采用伺服曲線驅動方式后產能可提高到67件/分鐘。這里需要說明的是，伺服技術的優勢還沒有得到充分的開發利用，產能還有很大的提升空間。

⑶模具調整。壓力機在調整模式下幾乎可以隨時提供全負荷壓力并在成形過程中柔和運轉，這樣就可以在明顯降低速度的情況下，準確觀察送料機構的運行情況。在調整模具時，滑塊及沖頭可以向著凹模中的工件移動，在沖頭接觸到工件前可無障礙的返回，這在傳統壓力機上是不可能實現的。

能量管理和功率消耗

與傳統壓力機比較，伺服壓力機在成形過程中短時間內需求的能量較大，需要比較高的連接功率。因此，一般情況下伺服壓力機都要使用能量儲存裝置，將整個設備實際要求的連接功率攤分減半。這個能量儲存裝置是一個有大轉動慣量轉子的三相交流電機，電機安裝在設備旁邊，根據壓力機的負載情況作為一個發電機或者電機工作。通過智能能量管理系統的應用，能量可在設備系統內部儲存（圖10）。

成形過程中出現的瞬時電流峰值加大了電網的負載，變壓器和輸入壓力機的功率也同樣加大。通過供電企業的15min峰值測量，同伺服電機出現的典型特征一樣，瞬時峰值在毫秒范圍內，對15min負載測試沒有絲毫影響，對公共電網的負載以及和傳統設備能耗成本比較都沒有提高。由于機械傳動（機械零部件少、沒離合器/制動器組合等）損失較小、產能通常情況下較高，所以伺服壓力機每次行程能量消耗甚至要低于傳統設備。

圖10 能量管理圖解

結束語

由于滑塊運動學關系可以自由編程，伺服直驅技術在體積成形領域將會呈現出巨大的潛能。通過對整個生產循環過程的優化，在有效提高產能的同時，還可以提高模具的壽命。這種情況不但適用于冷鍛，同樣還適用于溫鍛和熱鍛。在溫鍛和熱鍛時，由于模具要吸收大量的熱量，需要一定的輔助時間對模具進行冷卻和潤滑，因此，其對于伺服技術的要求和冷鍛還有所不同。另外，伺服技術在新模具調試時也具有很大的優勢，還可擴展所能生產產品的范圍。在將來，還有可能集成擴展附加的加工工藝，還有更多的潛能待發掘。