钢球高速镦锻机改造

邹立平，滕 飞，姚成良

（瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁 瓦房店 116300）

0 引言

上世纪80年代从美国引进的钢球高速镦锻机，生产效率高，但同时对料材要求也高。由于当时国内技术水平及市场方面原因，导致设备闲置了几十年。根据出口美国汽车轴承生产的需要，公司决定对高速镦锻机进行功能性改造，用于加工圆锥滚子。为此，需解决以下问题：①降低镦锻频次，使坯料在工位切换及落料过程中有充分的时间；②加设开钳机构，保证在上下模具接触坯料瞬间开钳，以保证钳指持续扶正功能，降低废品率；③对主机系统、控制系统进行全面检修，保证设备工作的可靠性、稳定性。

1 高镦机改造前状况

1.1 高镦机构成

钢球高速镦锻机由机械系统、电控系统、气动系统、润滑系统以及送料系统、校直系统构成，采用单工位冷镦方式。由一个55kW电机、通过一对传动比为3的带轮驱动，带动主轴、凸轮、伞齿轮及连杆控制和完成坯料的切断、工位切换及镦锻，镦锻频次300min-1。

1.2 存在问题

原设备制造于1984年，其机械系统的许多零部件磨损、老化甚至失效，电控系统、气动系统和润滑系统的许多元器件功能受损、可靠性较差，严重影响设备正常运行。加工圆锥滚子时，由于主电机不能调速，无法降低设备的镦锻频次，使冲压后的滚子落料不可靠，造成设备运行中断、运料钳指和冲压模具损坏。较高的镦锻频次还会影响到机械系统零部件的使用寿命，尤其是打料针的使用寿命相对较低。

2 高镦机改造后状况

2.1 主机部分改造

首先对钢球高速镦锻机机械系统、电控系统、气动系统、润滑系统等进行全面检修，更换了部分零部件和元器件，提高了主机工作的可靠性，使高镦机初步具备了冲压试验的运行状态。结合圆锥滚子冲压特点，重新设计制造了切料模具、冲压模具、送料装置和相应辅助装置，反复进行调整、改进和完善。

2.2 开钳机构的加入及工作原理

钢球高速镦锻机钳指脱开是靠上下模具夹料瞬间，利用自身回撤力从坯料中拽出，对钢球而言，这种方式对冲压后零件精度并无影响。但冲压圆锥滚子，当坯料被钳指夹持刚好处于上下模具夹料瞬间，如有一横向力作用，将影响坯料在模具间的稳定性，造成零件冲压精度降低，甚至出现废品。另外，圆锥滚子冲压模具较钢球冲压模具在结构上存在差异，也不适合于这种力的存在。针对该问题，设计引入开钳机构，使开钳动作和主运动有机联系在一起，形成了机械联锁。

图1 钳指及开钳机构图

如图1所示，开钳机构的座板固联在上下冲头座体上。斜块把固在上冲头上，可实现上下左右及前后微调，并把开钳的动作引入到主运动中，从而形成机械动作连锁。工作时，在主电机的驱动下，通过一系列机械传动，使固联在滑枕上的上冲头模具在连杆的带动下向下冲头快速趋近，这时，把固在上冲头上的斜块随着这个运动也向前趋近，其斜面作用滚轮，当斜块运动到滚轮达到其斜面最高点时，通过杠杆、钳指压轮而使动钳指完全脱开坯料并由于机械连锁动作的原因而撤回，有效解除了原坯料所受的径向力。当钳指撤回后，把固在上冲头上的斜块也随之撤回，在弹簧的作用下，杠杆抬起并受限位顶丝约束，以便下一循环钳指向前运料时不与杠杆接触，免受外力干扰，提高钳指夹料的可靠性。

2.3 电气控制部分改造

电气控制系统的改造主要包括两部分：主传动的变频调速部分和整机运行与安全控制部分。

冷镦机的加工节拍是由主驱动电机的转速决定的，原主驱动电机速度不可调，生产节拍固定在300min-1左右。由于产品原因，原固定节拍的加工方式不能满足生产需要，因此对主传动部分进行了变频调速改造。从调速范围和调速精度方面考虑，采用具有速度传感器的矢量控制方式，通过变频器的自动参数识别功能，在调试阶段取得电机的有关参数，保证在调速范围和调速精度上，满足工艺要求。

变频调速原理图如图2所示。

原整机运行与安全控制部分采用继电器硬接线的控制方式，接线复杂，故障率高，维修难度大。为提高设备的可靠性，除必要的安全回路采用硬接线方式外，其余逻辑控制部分采用小型PLC集中控制，主要包括上料、矫直、工件计数控制、各种互锁控制等等。

3 结语

图2 变频调速原理图

通过对钢球高速镦锻机的全面检修、功能恢复，变频调速改造以及加设开钳功能，使高镦机达到了设定目标。改造后的设备，采用盘圆料加工滚子，恢复了原有设备功能。通过变频调速，实现镦锻频次的调整，保证设备运行的可靠性、稳定性和安全性。调整范围可在100～250min-1之间任意设定。滚子成型精度满足产品工艺要求，冲压同轴度小于0.10，滚子长度公差控制在0.20以内，开钳功能的加入，降低了冲压废品率。经试验验证，模具结构设计、材料的合理选择还有待于改进和完善。还需进一步研究热处理方法和表面处理方法，研究模具制造工艺，从而提高滚子成型精度和模具的使用寿命。

[1] 吴丽霞，等.一种自动冷镦机半成品送料系统[J].锻压装备与制造技术，2014，49（2）.

[2] 关景奇.自动镦锻机的冲头顶出机构[J].锻压装备与制造技术，1993，28（3）.