电镦设备的技术原理与应用

2016-06-23王璐深圳勤达科技有限公司

锻造与冲压 2016年3期

关键词：棒料成形工件

文/王璐·深圳勤达科技有限公司

电镦设备的技术原理与应用

文/王璐·深圳勤达科技有限公司

本文深入介绍了电镦设备的结构、工作原理与市场应用，并对电镦设备的优势和发展做了总结性概述。作者所属的意大利CEMSA公司（中国总代理：勤达科技集团）从20世纪50年代开始逐步进入电镦设备行业，并迅速成长为国际电镦行业的领先企业。

什么是电镦技术？这类技术又将如何影响锻造行业呢？电镦是一种热金属变形技术。通常这种技术应用于加工铁、钢和合金钢，但是电镦设备还可以加工其他更多的金属和合金，例如黄铜、钛、钛铝合金及尼孟合金等。

电镦其实是一种热预成形技术，通常电镦完成后，产品会紧接着通过不同压力机的热锻或落锤锻加工，一般是配合摩擦压力机或螺旋压力机（直接传动型）来完成后续工序。

当工件的一部分是长杆，且不参与热变形加工时，采用电镦技术有很大的优势，如发动机阀、半轴（驱动轴）、管两端变形、斜齿轮、扭转棒、拉杆、键销、卡车轮胎阀（铜）、芽茎和汽车零部件等。

电镦机的突出优势

电镦机的突出优势主要包括节能节材和快速成形两个方面：⑴电镦机可以使用直径非常接近成品的棒料。在很多应用中，如驱动轴、阀杆是不需要参与锻造的，因此它的直径必须大于成品，只需要下游加工即可。而且，工件经过电镦后，可以在密闭的模具中锻造，这使得材料不会因飞溅而流失。随着生产过程中的用材减少，所耗费的能源也会相应减少，这对实现降低生产成本的目标非常有意义；⑵在产品的成形方面，相比传统的锻造工艺，电镦机具备明显的速度优势。这对提升生产线的生产效率，降低企业的运营成本相当有效。图1所示为CEMSA公司的电镦设备。

设备基本构成

电镦设备由以下两大部分构成：⑴坚固的钢焊接框架。可有力支撑安装在其上的工作区域；⑵整体框架上带有机器的电气和液压组件。图2所示为电镦设备原理图，其主要工作部件有锻锤、截流铜夹和砧座。

锻锤

锻锤由一个或多个液压缸驱动，在一定的压力下，推动棒料冷端，使其加热部位获得足够的变形。锻锤在合适的压力下移动，不会发生打滑的情况，保证工件烧球部分的匀称增大。通常，推力在7～15daN/mm2之间。例如一个直径为20mm的棒料，顶锻力为2200～5000daN。在相同情况下，球状部位的温度会随着推力的增加而降低。

截流铜夹

截流铜夹固定在机器框架上，连接变压器的次级线圈或整流器；由一个液压缸驱动，截流铜夹合金部分夹住棒料，并给其加热电流。截流铜夹紧固力必须保证与棒料充分接触，它与棒料间是一种滑动接触。在顶锻过程中，棒料在与截流铜夹的接触部位滑动。为保证良好的导电，且不烧伤工件表面和减少磨损，棒料表面状态、截流铜夹的接触面材料和紧固力的位置调整都是至关重要的。

砧座

砧座是在顶锻推进过程中，用于反向支撑棒料尾端的部件。砧座与变压器或者整流器连接，电流由其中流出加热棒料。砧座如锻锤一样由液压驱动，根据指引移动，它的移动过程对获得需要的球泡形状非常重要。机器工作周期开始时，砧座非常接近载流铜夹，使棒料集中加热，以避免棒料不受控制的不对称弯曲变形（如蛇形一样）；若砧座延迟移动，其冲程的长度和速度对工件球泡成形有很大的影响。

图1 CEMSA公司的电镦设备

图2 电镦设备原理图

电镦成形原理

通过焦耳效应使工件加热，如不同类型的电阻焊设备一样，根据镦锻棒料的尺寸不同，加热电流可在几千安培到十几万安培间变化。如直径为15mm的小棒料，其电流密度范围在30～40A/mm2；棒料直径超过100mm的，电流密度大约为12A/mm2。次级电压和加热电流的值或多或少都与电阻焊机相似，但由于电镦机的工作循环效率比电阻焊机高很多，电极大小是不同的。循环时间从加工小型发动机阀的几秒，到加工大型驱动轴的几分钟不等。通常的电镦设备是能够适用于额定功率下100%工作循环的，最大功率可超过额定功率。电镦机不仅仅要加热工件，还需要控制其热变形量，以便达到接下来的锻造加工需要的预成形。

为了使棒料的直径增大，在特定的时间和部位达到必需的温度，需要给棒料加入一个轴向压力。这个过程需要注意的是，如果轴向压力过高，锻压成形就会在过低的温度下进行；相反，如果压力太低，棒料可能会过烧甚至熔化。

电镦成形关键因素

合适球泡形状和温度对于电镦成形非常重要。球泡形状不正确，可能造成热材料的坍塌或者不必要的毛刺，导致无法填入模具；球泡处的温度必须足够产生形变且不造成破裂，但也不能过高，以免对材料的冶金和机械特性（纤维排列和/或微颗粒大小）造成损害。另外，温度必须适合填充到模具中，为后续的锻造做准备。图3所示为电镦过程的球泡形状。

事实上，电镦设备带有一套完整的方案来控制生产过程中的所有参数。为使球泡的形状和工作周期最优化，设备会预测电镦的几个步骤。每一步都需要设定好加热电流和推力的值，这样，在最短的时间内，才能保证设备工作周期中的任何点的压力和电流都能使球泡形状达到理想效果。整个工作周期中，电流被实时监控并反馈到PLC去。如果工作周期内电流值低于标准，程序会调节变压器的初级电压升高；相反，如果电流高于标准，电压值会相应降低。通过这种系统我们确保了设备在工作周期中电流值可以精确的保持在程序要求的标准。同样的，砧座的速度也是由连接在其上的编码器实时监控。如果速度低于标准，PLC会增加比例阀的流量；相反，速度过高，会相应降低流量。正是由于有实时校正电镦机主要参数的系统，即使在操作有变化的情况下，也能保证锻造产品的一致性。