精锻机关键工装夹具的优化改造

2021-09-04朱秦岭王飞伟彭常户

设备管理与维修 2021年15期

朱秦岭，周杰，王飞伟，彭常户

（西部超导材料科技股份有限公司，陕西西安 710021）

0 引言

精锻机是一种精密锻压设备，是由两组对称锤头对金属坯料进行高频率锻打的短冲程压力机。在精锻机实际运行中，出现了关键部件消耗磨损快、备件更换频繁，产品表面存在缺陷的异常情况。通过分析和研究精锻机设备运行时的特征和频发故障，发现在主机锻造单元和夹头夹爪结构件存在设计缺陷，造成设备长期运行后各部件不同程度磨损，从而引起产品质量的瑕疵，造成了较为严重的物料浪费。因此，以精细化创新为手段，实现降本增效为目的，优化改造设备关键工装夹具，保障精锻机正常可靠运行成为刻不容缓的事情。

1 精锻机工作方式

精锻机锻锤有两种运动形式：①由主驱动电机通过齿轮传动带动偏心轴旋转，推动连杆使锤头做往复运动进行锻打；②通过蜗轮蜗杆机构调节连杆的位置，改变锤头的开口尺寸，以获得不同的目标锻造尺寸。进口精锻机每分钟锤击次数比自由锻压机高一倍，由于锤击频次高，坯料形变产生的热量可抵偿坯料散失到环境的热量，因此加工过程中温度变化较小。这种锻造模式对加工温度范围要求较窄的高温合金、钛合金及难变形合金非常适合。

2 精锻机设备存在的问题

通过日常生产统计分析，发现造成设备故障频繁和影响设备运行稳定性的因素主要有：①缸头处的基板连接螺栓频繁断裂，锻造过程中意外停机较多，断裂螺栓如图1所示；②锻打后的物料表面夹痕较深，表面光洁度差，对后续衔接工序加工造成影响，最终降低了产品成品率，如图2 所示。

图1 断裂螺栓

图2 表面夹痕残留

2.1 基板连接螺栓断裂

（1）断裂分析。精锻机主机锻造部位由缸头、基板和锤头三部分组成，其中基板和缸头由4 根高强度螺栓连接为一体，在锻造时会承受径向的锻造力和轴向的切向力。由于精锻机生产锻造一段时间后，4 个缸头表面的平整度会下降，一旦其表面的热处理层硬度不均匀造成基板贴合面平整度下降，螺栓定位间隙磨损就会变大；如果螺纹套设计不合理或使用变形、油污等脏东西进入螺纹孔、锤头磨损受力不均匀等因素，单一出现或者交错出现综合叠加，都会造成螺栓频繁断裂。螺栓自身质量、缸头和基板的贴合情况是至关重要的，具体结构如图3 所示。

图3 缸头结构

（2）解决措施：①将螺栓材质45#钢改为30CrMnSi，螺栓端部墩制成形改为插床插孔方式，同时分批检测、验收螺栓公差尺寸及强度，并对螺栓安装方式进行检查确认和指导；②将以前的缸头螺纹套维修法改为轴销螺纹冷装法，严控加工工艺过程，确保检验合格后再进行热安装；③采取主机锻造中心和2 个夹头中心一致调整法；④严控修磨缸头表面平整度及硬度均匀性，更换新基板时保证两者整个平面结合，受力均匀；⑤对现有各基板、锤头尺寸公差、表面平整度、硬度进行检测确认，不满足技术要求的及时维修；⑥制定预防性维护保养制度，严格要求周期性更换所有螺栓。

2.2 锻打物料表面夹痕深

（1）夹痕分析。精锻机在正常工作时，A、B 夹爪必须时刻紧紧夹持住棒材两端以完成锻造，由于原有夹爪上的镶块表面为多个不同角度的单个平面，与物料接触实则为一切线，该切线处承担所有液压夹持力作用；且原有夹爪上的镶块有4°、8°和30°三种表面倾斜度，存在夹持力严重集中的现象，不利于压力分散，从而在夹持棒材的部位产生夹痕。这些不仅影响夹持部位物料的金属结构性能，而且带来整根棒材扒皮量的增加，降低了整批产品的成品率。

（2）解决措施：①定位镶块，将原有平面改为V 形定位平面，改进后，镶块与物料接触为两条切线，共同承担夹持力作用，起到压力分散效果；②倾斜度，将原有倾斜度改为2°，减小角度不仅使压力分布更加均匀，而且减少对物料的刮碰损伤，改进后的镶块如图4 所示。

图4 改进后的镶块

3 改造效果

通过对精锻机基板连接螺栓材料、加工工艺路线的改进，设备日常运行的管控和预防性维保，连接螺栓全年采购成本节省7.2 万元，节省成本高达76%。每年因螺栓断裂设备维修耗时降低到36 h，较之前更换时间缩减68%。

夹爪镶块改造前，精锻棒材的毛坯直径尺寸需要预留2 mm，半径方向的夹爪夹痕一般在0.4 mm 左右；夹爪改进优化后，棒材端部的夹痕变浅，在半径方向的夹痕可控制在0.2 mm，如图5 所示。

图5 夹痕截面尺寸

在棒材相同质量的前提下，夹爪镶块改造前后棒材长度方向尺寸对比，如图6 所示。由于改造前棒材两端夹持处夹痕太深，必须切除有夹痕的棒材端部，造成产品长度尺寸的缩减。改造后夹痕变浅，可彻底避免切除夹痕部位，不仅节约了棒料，也减少了后续工序的工作量。通过对夹头夹爪压镶块的优化改进，棒材锻造尺寸精确控制后成品率提高了1.58%。