冷（溫）鍛壓力機(jī)的特點(diǎn)及研制要點(diǎn)（下）

文／李江國(guó)·北京機(jī)電研究所

史向平·武漢昱仝科技有限公司

李海濤·海安北京機(jī)電研究所鍛壓產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心

徐 超·機(jī)械科學(xué)研究總院半固態(tài)技術(shù)研究所

《冷（溫）鍛壓力機(jī)的特點(diǎn)及研制要點(diǎn)》（上）見(jiàn)《鍛造與沖壓》2018年第3期

壓力機(jī)本體的動(dòng)態(tài)特性

壓力機(jī)的動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)為晃動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。與基礎(chǔ)固定時(shí)，壓力機(jī)表現(xiàn)為振動(dòng)；與基礎(chǔ)沒(méi)有固定時(shí)（含安裝隔振器的情況）表現(xiàn)為晃動(dòng)；對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)講，晃動(dòng)、振動(dòng)往往伴隨聲波產(chǎn)生，當(dāng)聲波的頻率在20～20000Hz時(shí)，表現(xiàn)為噪聲。壓力機(jī)的激振頻率接近或等于壓力機(jī)的某一階固有頻率時(shí)，會(huì)引起壓力機(jī)產(chǎn)生共振。

振動(dòng)、晃動(dòng)，特別是共振會(huì)降低壓力機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，大幅降低零部件甚至整機(jī)的壽命，產(chǎn)生的噪聲會(huì)大大影響操作工人的身心健康。近幾年，越來(lái)越多的案例表明，由于使用隔振器使壓力機(jī)晃動(dòng)過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)大幅影響壓力機(jī)的使用性能。因此，在壓力機(jī)的動(dòng)態(tài)特性不是很好的情況下，隔振器要慎用。

(1)理論上，壓力機(jī)上所有運(yùn)動(dòng)的零部件（包括電動(dòng)機(jī)）均可以引起振動(dòng)甚至共振，都是激振源，都應(yīng)該考慮其引起振動(dòng)甚至共振的可能性。

(2)激振源能否引起共振的三要素：頻率（激振源的頻率接近或等于某一階固有頻率）、方向（激振源的振動(dòng)方向與模態(tài)振型的方向一致）和能量（產(chǎn)生振動(dòng)的能量），三者缺一不可。

(3)激振源的能量相對(duì)于壓力機(jī)的自重只要達(dá)到一定條件就可以引起振動(dòng)。

(4)冷（溫）鍛壓力機(jī)的激振源分為回轉(zhuǎn)類激振源（各種軸、齒輪、電機(jī)、飛輪）和平面運(yùn)動(dòng)激振源（滑塊、多連桿機(jī)構(gòu)）。

(5)理論上，只要將激振源產(chǎn)生振動(dòng)的能量降低到一定程度就可以大幅降低振動(dòng)，同時(shí)可以避免共振。

(6)模態(tài)分析是分析壓力機(jī)是否可以產(chǎn)生共振的最好手段，可以計(jì)算出壓力機(jī)的各階固有頻率。表2是CWFP2-1250冷（溫）鍛壓力機(jī)的前20階固有頻率，圖10是CWFP2-1250冷（溫）鍛壓力機(jī)的前6階模態(tài)振型。

(7)理論上講，提高壓力機(jī)的剛度是降低壓力機(jī)振動(dòng)、共振的有效方法，特別是提高機(jī)身及其他非運(yùn)動(dòng)零部件的剛度可以有效提高共振頻率，使大多數(shù)的激振源頻率遠(yuǎn)離共振頻率從而避免產(chǎn)生共振。計(jì)算表明，冷（溫）鍛壓力機(jī)的各種激振源頻率中，齒輪嚙合的頻率和電機(jī)的頻率最高，前者可以達(dá)到40～120Hz，后者一般為10～50Hz，壓力機(jī)的共振頻率分布在15～200Hz的范圍內(nèi)，這兩個(gè)激振源引起共振的可能性非常大，應(yīng)該引起足夠的重視。

表2 CWFP2-1250冷（溫）鍛壓力機(jī)的前20階固有頻率

圖10 CWFP2-1250 冷（溫）鍛壓力機(jī)前六階模態(tài)振型

(8)降低壓力機(jī)振動(dòng)、共振的方法。

1）通過(guò)大幅提高壓力機(jī)的固有頻率從而避免上述兩個(gè)激振源引起共振的代價(jià)是非常大的，會(huì)導(dǎo)致壓力機(jī)的自重大幅增加，最好的辦法就是降低激振源的能量。

2）采用高性能、低振動(dòng)（通過(guò)動(dòng)平衡檢測(cè)）、可調(diào)速的電機(jī)是避免電機(jī)引起共振和降低電機(jī)引起振動(dòng)的有效手段。

3）采用人字齒傳動(dòng)和齒面磨削是避免齒輪嚙合引起的共振和降低齒輪嚙合引起的振動(dòng)的有效手段。

4）離合器結(jié)合帶來(lái)的擾力和擾力矩（圖11）雖然激振頻率很低，不會(huì)引起共振，但是由于從動(dòng)部分巨大的等效慣性力矩，往往會(huì)給壓力機(jī)帶來(lái)很大的沖擊，從而帶來(lái)明顯的振動(dòng)、晃動(dòng)。降低擾力和擾力矩的方法：離合器結(jié)合緩沖（這里不展開(kāi)）、盡可能簡(jiǎn)化從動(dòng)部分（比如：將封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)移至從動(dòng)機(jī)構(gòu)之外）、降低從動(dòng)部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（比如將三角連桿鏤空?qǐng)D12）、平衡曲柄（圖13）等。

圖11 CWFP2-1250冷（溫）鍛壓力機(jī)擾力和擾力矩

圖12 鏤空三角連桿

圖13 在與曲柄連接的齒輪上增加配重塊

鉸接點(diǎn)間隙對(duì)壓力機(jī)的影響

多連桿機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)很多，各桿在空間的相對(duì)位置相當(dāng)復(fù)雜，各鉸接點(diǎn)間隙的大小和間隙的位置對(duì)壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)影響非常大，應(yīng)引起高度重視，但是這方面的研究非常少。鉸接點(diǎn)的間隙對(duì)滑塊行程的影響有時(shí)候可以達(dá)到行程的1%～3%（5～10mm），甚至更多。

因此冷鍛壓力機(jī)最好采用稀油潤(rùn)滑，因?yàn)橄∮蜐?rùn)滑允許的間隙可以降低至軸徑的0.75‰，另外通過(guò)桿系的加工誤差來(lái)調(diào)整間隙對(duì)滑塊行程的影響。鉸接點(diǎn)間隙的位置如果變化過(guò)快，會(huì)對(duì)壓力機(jī)造成沖擊和產(chǎn)生異響，可以通過(guò)約束來(lái)避免這種情況的出現(xiàn)。

主要輔助機(jī)構(gòu)

主要輔助機(jī)構(gòu)包括平衡系統(tǒng)、下頂出機(jī)構(gòu)、上頂出機(jī)構(gòu)、封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、模架（模具）快換裝置。

(1)平衡系統(tǒng)。節(jié)流會(huì)使平衡缸里面的氣壓瞬間升高，從而導(dǎo)致平衡系統(tǒng)損壞的現(xiàn)象越來(lái)越多，需要盡可能加大平衡缸與氣罐之間的管路，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的節(jié)流現(xiàn)象。

(2)下頂出機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化鍛造主機(jī)需要強(qiáng)力下頂出機(jī)構(gòu)，CWFP2-1250冷（溫）鍛壓力機(jī)下頂出力達(dá)到了80t，行程達(dá)到125mm。對(duì)于機(jī)械下頂出機(jī)構(gòu)來(lái)講，避免工件彈跳是面臨的最大難題，工件彈跳產(chǎn)生的原因一般有三個(gè)：下頂出機(jī)構(gòu)剛度低、脫模時(shí)頂桿速度過(guò)快、粘模。下頂出設(shè)計(jì)要求有足夠的剛度、盡可能降低脫模瞬間的頂出速度。

(3)上頂出機(jī)構(gòu)。冷（溫）鍛壓力機(jī)的上頂出機(jī)構(gòu)比熱模鍛壓力機(jī)的上頂出機(jī)構(gòu)的頂出力和行程都要大得多，CWFP2-1250冷（溫）鍛壓力機(jī)的上頂出力為26t，頂出行程為100mm。上頂出機(jī)構(gòu)一般有機(jī)械頂出、氮?dú)鈴椈身敵龊鸵簤喉敵鋈N形式。

(4)封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)的封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為滑塊整體調(diào)整和單工位分別調(diào)整兩類。滑塊整體調(diào)整機(jī)構(gòu)有偏心軸式、楔塊式和螺紋式，單工位分別調(diào)整機(jī)構(gòu)比較少見(jiàn)。

(5)模具（模架）快換裝置。單工位模具更換可采用機(jī)械換模臂[CWFP2-1250冷（溫）鍛壓力機(jī)采用了這種裝置]，模架（含模具）整體快換可采用換模小車，所有模具（不含模架）整體快換裝置可以使用副模架。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)在冷（溫）鍛壓力機(jī)方面的研發(fā)起步較晚，最近幾年發(fā)展較快，已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)步，希望本文能夠給相關(guān)研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)提供有益的幫助。