锻件伺服成形的节能节材与智能数控技术（下）

文/赵婷婷·山东理工大学

贾明全，袁德超·山东科汇电力自动化有限公司

崔来胜·淄博奥瑞科机电科技有限公司

锻件伺服成形的节能节材与智能数控技术（下）

文/赵婷婷·山东理工大学

贾明全，袁德超·山东科汇电力自动化有限公司

崔来胜·淄博奥瑞科机电科技有限公司

《锻件伺服成形的节能节材与智能数控技术（上）》见2016年第1期

节能节材效果

节材下料

锻造下料分为有屑和无屑两类。有屑下料锯口损失1～5mm，耗材严重。为了淘汰有屑下料，锻压行业“十二五”发展规划要求：“精密剪切无屑加工，没有锯口损耗，除特硬材料外，在室温下进行，没有加热损耗”，指出“自主研发具有我国特色的精密剪切设备是锻造下料设备的发展方向”。为此，开关磁阻曲柄压力机下料成套装备应运而生。

影响断面精度的主要因素是冲裁速度，通过开关磁阻调速，冲裁速度由目前的每分钟十多次提高到近80次，精度达到断面倾斜度≤1。，圆度≥0.96，塌角≤0.18，重量误差±0.25%。开关磁阻曲柄压力机剪断下料取代锯切下料后，切口耗材为0，节约锯口材料100%，仅此一项，年均节材费用达数亿元。

节材锻造—无飞边模锻

无飞边模锻由开关磁阻伺服压力机控制上模运动完成锻造。图5是青岛青锻公司生产的800t开关磁阻伺服式直驱螺旋压力机，低速伺服电机由山东科汇电力自动化有限公司自主研发，其额定转速为200r/min，峰值功率为200kW，控制器电流输出达1000A。电机的转子与螺旋压力机的螺杆连在一起，中间没有其他的传动机构（无带传动、齿轮传动等），结构最简单，运行效率最高，电机直接数控运动，是目前所有螺旋压力机中最为先进的机型。

图5 开关磁阻伺服式直驱螺旋压力机及其伺服电机

图6 所示为630t开关磁阻伺服曲柄压力机，由山东科汇电力自动化有限公司配合浙江慈溪生产厂在原设备上改造完成。伺服电机额定转速为750r/min，电机功率为75kW，峰值功率为200kW，过载倍数达到3倍以上，通过带传动和齿轮传动减速驱动曲柄连杆滑块，摒弃了机械离合器、制动器、平衡缸和过载保护装置，极大地简化了机械结构，彻底解决了闷车问题，实现了模锻成形的数控伺服控制与无飞边模锻。

图6 开关磁阻伺服曲柄压力机及其冷锻成形件

⑴闭式模锻。

闭式模锻两模间间隙的方向与模具运动方向相平行。在模锻过程中，两模间间隙大小不变化，不设置飞边。闭式模锻的关键技术是可靠导向和运动控制，通过模具导柱导套，有效保证导向；开关磁阻数控，有效保证运动控制，使闭式模锻获得普及应用。图7所示为青岛青锻公司的设备生产的闭式模锻件。

图7 闭式模锻件

⑵闭塞模锻。

闭塞模锻是具有锻件外轮廓形状的模膛先闭合，然后将冲头压进模膛内部，使金属充满模膛，使锻件成形。闭塞模锻的关键技术是双动压力机（图8），需要液压合模，螺旋主运动冲压，同时模具导柱导套保证导向。

图8 开关磁阻伺服式双动压力机结构示意图

节能效果

图9 所示为开关磁阻伺服压力机与传统摩擦式压力机在生产同样产品的工况下，记录的电流、功率、能耗曲线，曲线1为摩擦压力机，曲线2为开关磁阻伺服压力机，实际检测证明，两者相比，开关磁阻伺服压力机单位产品节能率为67.86%，节能效果显著。

图9 能耗对比曲线

图10 美国伊顿公司的生产车间

自动化无人车间技术

传统压力机的打击能量和打击力不可控制，不能实现自动化。开关磁阻伺服压力机采用数字化控制设备主运动，由机械手控制进给运动，锻造工艺流程用计算机程序互联，锻造生产过程自动控制、自动检测、自动调节和自动管理，实现了整个车间自动化和无人化。图10所示为美国伊顿公司在中国济宁的开关磁阻伺服压力机生产车间，整个车间无人操控，彻底解决了人工操控故障率高、用工成本高、工伤事故多发等难题，降低了生产成本，提高了生产效率，实现了生产管理信息化。

结束语

当前锻压行业仍在沿用传统生产方式，技术落后，存在严重的耗能耗材问题。国外企业采用永磁伺服压力机淘汰落后生产设备，但永磁系统可靠性差、价格昂贵，锻压工况属于冲击性负载，剧烈冲击对永磁体寿命影响严重，因此，压力机应选用无永磁体的开关磁阻伺服电机。新型锻压技术采用开关磁阻伺服压力机，解决了耗能耗材问题，达到了节能节材、智能数控和近净成形的目标要求。