一种热挤压半轴套管成形液压机研发
本文介绍了热挤压半轴套管成形液压机研发的必要性，在分析现有生产工艺流程模式下成形设备不足的基础上阐述了用于热挤压半轴套管成形液压机的优势。之后阐述了热挤压半轴套管液压机设计的关键技术，包括主机参数特点及设计优化、液压系统设计、电气设计等内容，并指出该种成形液压机的设计成功将极大提高生产效率、降低能耗，为该生产工艺的广泛应用提供可能。
目前，半轴套管热挤压成形工艺流程为加热→镦粗→预成形→成形+整形→冷却→热处理。通常采用两台压机实现热挤压成形，存在着生产效率不高、能耗较大、液压动力站占地面积较大等问题。
本文所介绍的热挤压半轴套管成形液压机，可采用人工或机器人实现各工序之间的流转，提高了生产效率，减轻了工人劳动强度。对两台成形压机的使用工况进行分析优化后，技术方案上采用两台设备共用一套油箱和泵组系统并辅以蓄能器，降低装机功率在40%～50%左右，有效的降低了生产能耗。动力系统上置与液压机的充液箱合并，减少了设备的占地面积，为实现机器人自动化生产提供了可能。
热挤压半轴套管成形生产工艺如下：原材料通过送料机进入中频加热炉加热→人工或R1机器人将原料放在6300kN压机上镦粗→人工或R1机器人将原料放在6300kN压机上预成形→人工或R2机器人将原料由6300kN压机上取出放入12500kN压机成形、去连皮→人工或R3机器人将取出的成形零件放入控温冷却输送带冷却→成形后的零件经过均温炉、热处理得到成品。图1所示为半轴套管成形工艺布局。
半轴套管热挤压成形零件温度在1000℃左右，成形速度的快慢直接影响模具温升，进而会对模具的寿命及成形质量造成严重的影响。因此，6300kN和12500kN的液压机在满吨位时的成形速度均要求大于等于70mm/s。
根据成形零件及模具的尺寸要求，6300kN和12500kN的液压机台面（长×宽）分别为1200mm×1200mm和1400mm×1400mm。相对台面较小模具通过T形槽固定在台板上，其中心与压机中心之间存在一定的差异，会导致压机存在较大的偏载。6300kN液压机镦粗工位在压机的一侧，此时设备存在很大的偏载力矩，对设备的抗偏载性能要求较高。
由于液压机的垂直度、压制过程中的平行度、滑块的定位精度对于零件的成形质量会产生很大影响。垂直度及平行度的偏差将导致零件的壁厚不均匀，增加后续的加工量，影响生产效率，严重时可能会导致零件的报废。由于该设备需满足配合机器人实现自动化生产要求，对工件的最终位置要求较高，特别是工件的顶出。如果工件的位置差别较大机器人无法正常抓取工件，会导致整个自动化生产线无法稳定运行，影响生产效率。
图1 半轴套管成形工艺布局图
针对半轴套管热挤压成形对设备的特殊要求：精度高，抗偏载能力强等，我们对生产工艺过程做了详细研究分析，从而进行优化设计，充分利用各种内外部资源，实现了设备的高精度、高效率、节能环保。
液压机机身框架采用整体箱型焊接机身，焊后采用退火彻底消除焊接应力。保证了机身的强度和刚度。根据半轴套管成形的特点：零件较小，应力较为集中，滑块采用单活塞缸加压的方式与应力集中、偏载力大等工况相适应。
滑块本体采用钢板焊接成箱型结构，同时采用有限元进行分析和优化，使其具有足够的刚度和强度，焊后退火消除焊接应力。针对偏载的特定工况滑块高度增加至2000mm，滑块的导向采用斜楔式四角八面导轨导向，该导向调整精度高、刚性好，调整后不易发生精度偏离现象，精度保持性好，抗偏载能力强，从而保证滑块的运行精度并能承受较大的偏心载荷。机身立柱上的42CrMo导向板经渗氮处理，硬度高、耐磨性能好、使用寿命长。滑块导板材料采用锡青铜制成，耐磨性好。
根据成形速度的要求，按照常规液压机设计方案6300kN和12500kN液压机的装机功率分别约为600kW和1100kW，设备使用能耗较大。而实际生产过程中6300kN压机与12500kN压机不会同时动作，根据工艺布局图两台压机的间距只有6000mm（考虑机器人的臂展）。因此，采用6300kN和12500kN压机共用一套动力系统的方式，油箱放置在两台压机支架的平台上与充液箱合并为一体，这样两台设备的装机总功率仅为1100kW。图2所示为6300kN和12500kN压机布置图。
图2 6300kN和12500kN压机布置图
图3 用户现场实际照片
图4 成形后的零件照片
6300kN和12500kN压机的滑块、顶出及打料均采用比例调压，压力调整范围为公称压力的15%～100%，压力控制精度为±0.3MPa。滑块、顶出、打料位置控制均采用高精度位移传感器，闭环控制位置显示精度可达0.01mm，控制精度在±0.5mm以内，有效的提高了零件的成形精度和位置精度，为与机器人实现自动化生产提供了必要的条件。图3所示为用户现场实际照片，图4所示为成形后的零件照片。
该半轴套管成形液压机的研发成功，对半轴套管热挤压成形的自动化生产、提高生产效率、提高挤压成形的质量和减少后续处理工序都有着非常积极的意义。目前，此设备已经在用户处稳定运行一年半的时间，并且已经与机器人联机生产，实现了40～50秒/件的生产效率。
—— 来源：《锻造与冲压》2019年第3期
