锻造机械压力机下顶料装置结构设计

2019-08-28邱玉良李立丰彭鑫亮王鹏波

锻压装备与制造技术 2019年4期

邱玉良，李立丰，彭鑫亮，王鹏波

（1.荣成华东锻压机床股份有限公司，山东荣成 264300；2.山东迈特力重机有限公司，山东德州 251200）

目前，市场上锻造机械压力机下顶料装置大多为凸轮式，另外还有少量气动式。这两种下顶料装置主要用于机械压力机锻造及锻造后顶出零件；其特点是具有高保顶出功能，便于夹持零件，实现自动化生产。但如今，制造业迅猛发展，市场竞争激烈，制造企业对所采购设备提出了更高要求——降低能耗、提高效率、绿色生产。这两种顶料方式都存在着一定缺陷，不能很好地满足市场需求。

凸轮式机械下顶料装置能量损耗大，结构较复杂、制造成本高；并且凸轮式机械下顶料装置还有顶料完成后，复位时冲击大，凸轮、复位弹簧磨损快，上摆杆容易磨损、折断、与凸轮卡死、维修成本高等现象，提高了生产成本、影响生产效率，不符合当前制造企业对绿色节能生产的要求。最主要的是超过公称力30%以上的下顶料锻挤或拉伸力要求，凸轮式机械下顶料装置就无法实现。

气动式下顶料是将气缸悬挂在底座下面，活塞杆与顶料杆直接相连，通过气缸的运动，直接顶料，该机构结构简单、工作可靠，但顶出力较小，仅用于零件冲压后从模具内将零件顶出，不能满足锻挤工作要求。目前只在对顶料力要求不高的少量小型机械压力机上使用。

本文在分析了前两种顶料装置结构的基础上，创造性发明了机械压力机杠杆式机械下顶料装置和齿轮齿条式机械下顶料装置。第一种通过杠杆机构，实现了滑块下落时顶料杆顶出的相对运动，实现了同步锻造零件，减少了工序，节约了成本；并可通过设置杠杆中间支点座的位置，调节杠杆力臂尺寸比例，增大下顶料力，从而实现下顶料重载下锻挤或拉伸的特殊要求。辅助气缸直接安装在顶料座上，活塞杆（下顶杆）、上顶杆直接顶料，提高了能量的利用率。

第二种齿轮齿条式机械下顶料装置通过齿条与导轨滑动配合，齿轮带动支座内的轴转动，轴上装有凸轮，通过凸轮转动将下顶杆及上顶杆顶起。在上顶杆处还装有顶料杠杆，杠杆一端与机身侧面装有气缸活塞杆相连，气缸活塞杆继续向上运动，带动杠杆将上顶杆继续顶出，并保持，便于锻件的抓取。滑块两侧拉杆、齿条与齿轮刚性传动，实现了滑块下落时下顶料顶出的相向运动，完成上下模具同时锻挤或拉伸零件。

所采用的机械压力机杠杆式机械下顶料装置和齿轮齿条式机械下顶料装置具有结构简单、紧凑，安全可靠，机械效率高，下顶料力大，制造成本低，维修简单，绿色节能等优点，延长压力机及模具的使用寿命、提高锻件精度和成型产品工艺性的效果。

1 凸轮式机械下顶料装置结构原理

图1 凸轮式机械下顶料装置

如图1所示，凸轮式机械下顶料装置是将曲轴的旋转力，通过凸轮机构将扭矩转化为摆杆带动拉杆上下运动的力，再通过连杆将拉杆上下运动的力转化为转动的扭矩，最后通过下顶料轴转动将扭矩再转化为顶料杆向上的顶料力，与滑块同步动作实现零件的锻造；机械顶料动作完成后，滑块向上回程时，辅助气缸开始启动，气缸活塞杆连接在连杆上，通过连杆、下顶料轴，采用与机械顶料相同的动作，继续将顶料杆向上顶出，将锻件从下模腔里顶出并在最高位置保持一段时间（便于夹持锻件），至此，完成整个顶料过程。

2 气动式下顶料装置结构原理

气动式下顶料是将气缸悬挂在底座下面，如图2所示，活塞杆与顶料杆直接相连，通过气缸的运动，直接顶料，该机构结构简单、工作可靠，但顶出力较小，仅用于零件冲压后从模具内将零件顶出，不能满足锻挤工作要求。目前只在对顶料力要求不高的少量小型机械压力机上使用。

图2 气动式下顶料装置

3 杠杆式机械下顶料装置结构原理

机械压力机杠杆式机械下顶料装置，包括螺母、球面垫圈、上拉杆、支架、锁紧螺母、调节螺母、下拉杆、导向铜套、支点座、螺母、拉杆接头、支座、杠杆、气缸总成、滑块、机身、电磁阀、套、接油盘、自润滑铜套、上顶杆、顶料座、下顶杆、轴用挡圈、销轴等。

其特征是两侧拉杆通过各支架直接固定在滑块上，拉杆分上下两部分，中间用调节螺母连接，根据装模高度不同要求用于调整拉杆的长度。下拉杆下端与拉杆接头通过销轴、自润滑铜套实现固定连接，拉杆接头与横向设置的杠杆外端通过销轴、自润滑铜套实现转、滑动连接，杠杆中部与设置在机身上的支点座转动连接，杠杆另一端通过销轴、自润滑铜与滚轮连接，滚轮与顶料座下底面滚动连接，顶料座下端有导向槽，滚轮沿导向槽滚动。顶料座上端装有上顶杆，中间装有下顶杆，即气缸活塞杆，顶料座下端还装有辅助气缸，气缸通过电磁阀控制动作。滑块带动拉杆向下运动时，拉杆推动杠杆运动，将顶料座顶起，顶料座再将上顶杆顶起，实现锻挤或拉伸顶料的过程；在机械顶料完成后，滑块向上返程时通过相反动作，顶料座向下回程，上顶杆通过自重下落，顶料座下落时，气缸启动克服向下运动的力，活塞杆（下顶杆）向上顶出，使上顶杆继续向上顶出，将锻件从下模腔里顶出并在最高位置保持一段时间（便于夹持锻件）。

图3 杠杆式机械下顶料装置

具体工作过程为：上拉杆3通过支架4固定在滑块16上，调节螺母6将上拉杆3与下拉杆7连接到一起，并且可通过改变上拉杆4与下拉杆7在调节螺母6中的拧入深度，调节拉杆总长，从而实现与滑块16装模高度同步调整要求。下拉杆7下端与拉杆接头12固定连接，拉杆接头12与横向设置的杠杆14外端通过销轴33、自润滑铜套35实现转、滑动连接，杠杆14中部与设置在机身上的支点座10转动连接，杠杆14另一端通过销轴37、自润滑铜套 36与滚轮13连接，滚轮13与顶料座30下底面滚动连接，顶料座30下端有导向槽，滚轮13沿导向槽滚动。可通过设置中间支点座10的位置，调节杠杆力臂尺寸比例，达到需要的顶料行程和顶紧力。顶料座30下端固定有气缸总成15，气缸通过电磁阀19控制动作，气缸的活塞杆即为下顶杆32，下顶杆32穿过顶料座30中间，上端与顶料座30上端等高，上顶杆29就座在下顶杆31与顶料座30上端，机身右侧还装有电磁阀19，控制气缸的进气、出气，顶料座30中间还有接油盘25用于回收用户顶料过程中使用的冷却液。

图4 杠杆式机械下顶料装置

通过滑块16带动两侧上、下拉杆3、7向下运动，推动摆杆14围绕支点座10作杠杆运动，将顶料座30顶起，顶料座30再向上将上顶杆29顶起，实现顶料的动作；在机械顶料动作完成后，滑块16向上返程时通过同样的杠杆动作，顶料座30向下回程，上顶杆29则通过自重下落，顶料座30下落时，气缸开始启动克服向下运动的力，活塞杆（下顶杆）向上顶出，使上顶杆29继续向上顶出，将完工的锻件从下模腔里顶出并在最高位置保持一段时间（便于夹持锻件）。通过杠杆机构，实现了滑块16下落时下顶料装置顶出的相对运动，可实现上下模具同步锻挤或拉伸零件加工要求，减少了工序，节约了成本；并可通过设置杠杆14中间支点座10的位置，调节杠杆14力臂尺寸比例，增大下顶料力，从而实现下顶料重载下锻挤或拉伸的要求。

通过杠杆机构，实现了滑块下落与顶料杆同时顶出的相对运动，可实现上下模具同步锻造零件，减少了工序，节约了成本；并可通过设置杠杆中间支点座的位置，调节杠杆力臂尺寸比例，增大下顶料力，从而实现下顶料重载下锻挤或拉伸的特殊要求。辅助气缸直接安装在顶料座上，活塞杆（下顶杆）、上顶杆直接顶料，提高了能量的利用率。

4 齿轮齿条式下顶料装置结构原理

如图5所示，两侧上拉杆3通过其支架12安装在滑块11上，调节螺母4将上拉杆3与下拉杆5连接到一起，并且可通过改变上拉杆与下拉杆在调节螺母中的拧入深度，调节滑块11装模高度的同时调节拉杆3、5的总长。下拉杆5通过连接套9与齿条33连接，齿条33通过齿条座31、导轨32上下滑动，与齿轮34（一级或两级）啮合，齿轮通过平键22固定在轴20上，轴20固定在支座18与铜套19孔内，轴20中部装有凸轮29，凸轮29用平键30及隔套17固定，装配时可通过调节凸轮29的转角，达到需要的顶料行程，凸轮29上方即是下顶杆28及上顶杆27，上顶杆27下方穿过杠杆6，杠杆6的一端固定在气缸7的活塞杆上，气缸7通过气缸支座8安装在机身13左侧，杠杆6另一端通过销轴14、铜套15及支座16固定在机身右侧机身13内。

图5 齿轮齿条传动下顶料装置示意图

通过滑块11带动拉杆5向下运动，拉杆5带动齿条33向下运动，齿条33推动齿轮34及轴20旋转，带动凸轮29摆动，将下顶杆28顶起，下顶杆28向上推动上顶杆27顶起，实现顶料的动作。滑块11带动两侧拉杆5向下运动，拉杆5带动齿条33在齿条座31的导轨32上运动，齿条33上下运动带动齿轮34（一级或两级）旋转，通过齿轮34旋转带动轴20及凸轮29转动，凸轮29将下顶杆28及上顶杆27顶起，实现锻挤或拉伸顶料的过程；滑块11向上返程时通过拉杆5带动齿条33向上运动推动齿轮34、轴20反向旋转，凸轮29反向转动，下顶杆28靠自重开始落下。在机械顶料完成时，杠杆6正好处于水平位置，气缸7通过电磁阀控制开始启动，气缸7的活塞杆推动杠杆6自由端继续向上运动，带动上顶杆27继续顶出，并保持，便于锻件的抓取。滑块11两侧拉杆5、齿条33与齿轮34刚性传动，实现了滑块11下落时下顶料28顶出的相向运动，完成上下模具同时锻挤或拉伸零件。