锻压机械力能特性标定浅析

陈 峰

（济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东 济南 250022）

锻压机械力能特性标定浅析

陈 峰

（济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东 济南 250022）

本文以实例与实践结合，介绍锻造设备力能标定对其设计性能、运行状态、故障检验和分析等方面的意义。并建议建立锻造设备标定的有关标准。

机械制造；锻造；设备；力能特性；标定

1 前言

在传统观念里，锻压是一种粗放的生产工艺。由于锻压设备力能特性的标定比较困难，以及我国生产锻压设备（尤其是大吨位锻压设备）的历史、数量和经验的不足，对锻压设备力能特性标定的理解和重视就很不够。在设备组装、调试、销售交付与购置接受、生产、维修（甚至大修）等过程中，一般只是以设计的最大（或额定）打击力作为检验与验收标准，而对于最大（额定）打击能量、力能特性曲线的全过程则不加重视，也不进行标定，这是很不科学的。

实际上，标定锻压设备的力能特性，就象对一个人进行运动状态测试一样，能够全面反映运行状况、故障类型及其原因等。通过对80000kN电动螺旋压力机、40000kN液压螺旋压力机、40000kN机械压力机、25000kN机械压力机等设备的标定表明，锻压设备的标定不仅能直观地判断和检验设备的能力，还能间接地判断设备的运行、精度和故障等，如打滑、闷车、离合器和刹车的协调性、可达到的锻件精度水平等。进一步来说，标定直接关系到生产效率和效益、设备和人身安全、锻件质量、锻件合同的按质按期交付等。本文试图对锻压设备力能特性标定的意义和重要性予以总结归纳。

2 力能特性标定

众所周知，锻压设备提供的能量大于锻件变形所需要的能量，锻造过程即可顺利进行。从这一点上来说，标定锻压设备的能量比标定打击力更有意义。但是，不同种类的锻压设备，有不同的力能特征，如锤和螺旋压力机是能量决定型的，压力机是载荷决定型的，机械压力机是位移决定型的。这三种类型的锻压设备各有自己的力能曲线特征（具体曲线形式，一般资料上都有介绍，这里不再赘述）。锻压设备工作时，随锻件抵抗程度的不同，设备按其自身的力能曲线特征进行作功和力能转换。在不考虑设备发出的能量（或力）大于锻件变形的能量（或力）对设备和模具的损害，并且不考虑生产效率的情况下，锤和螺旋压力机发出的能量如果小于锻造变形能，无非是多打几次或打不饱满锻件；压力机的最大力如果小于锻造变形力，也无非是压不饱满锻件；但机械压力机的情况就要复杂的多了。简单来说，对于机械压力机，要时刻使锻件的变形力—位移曲线在设备的打击力—位移曲线以下，一旦出现相反情况，根据不同的滑块位移位置，会出现离合器打滑或设备闷死两种情况。如果在滑块离下死点较远的位置，锻件的变形力—位移曲线超过设备的打击力—位移曲线，尽管设备飞轮储备的能量还足够，但发出的力小于锻件的抵抗力，滑块停止下移，离合器打滑，好在这时设备内的弹性力还不十分大，一般靠打反车或下移工作台，会使滑块回到上死点；如果在滑块下死点附近的位置，锻件的变形力—位移曲线超过设备的打击力—位移曲线，滑块会彻底闷死，设备内的弹性力也会非常大，一般无法靠打反车或下移工作台解除，只有靠烧毁模座来解除闷车。

上述情况，仅仅是一般的情形。假如设备的离合器结合不合适、设备或模具自身紧固不够造成的回让或弹性回让太多、或者它们自身变形吸收的能量太多、离合器和刹车协调不好等情况出现（这些情况在装配调试、生产使用、维修过程中都很容易产生），造成的危害和故障现象就要很复杂了。但如果对设备能透彻了解，可能出现的危害和故障现象则是容易分析和判断的，标定是提供这种分析和判断的最简易、最全面，最理想的办法。要说明这几点，还是以热模锻压力机（机械压力机）为例说起，其他设备会简单一些，也可以依次类推。

3 标定的意义

热模锻压力机一般是整体焊接框架结构或预应力拉杆框架结构。假如设备或模具的刚度不够或安装不紧靠（以下为叙述方便，把模具看成设备的一部分，不再区分），设备回让就会太大或损耗的能量大（更不容易发出最大打击力或最大打击能量），会造成设备构件部分反复脱离与撞击结合，构件易损坏、噪声大，锻件也不容易打饱满。随着坯料加热温度、体积和放置位置的误差，锻件尺寸也会极不稳定。假如离合器和刹车协调不好，在离合器结合之前，刹车没有充分脱开，飞轮恢复到锻造必须的转速的时间就要延长，或者转速还没有恢复足够就进行打击，也很容易打滑或闷车；这些都可以通过标定最大打击力或最大打击能量来判断。另外，如果离合器传递扭矩不够（如夹持不紧），就会容易出现打滑，使摩擦片寿命降低，而更换它，少则几万，多则几十万；但如果离合器传递扭矩过大（如夹持太紧），该打滑时又不打滑，又容易造成设备、电路、电机的过载，会更加危险。要判断这几种情况，仅靠标定最大（或额定）力或能量，是做不到的，当然必须标定设备力能曲线的全过程或抽查标定力能曲线上的几点。

由上述可见,力能标定有助于判断和检验锻造设备的设计性能、运行状态和故障等，其意义归纳如下：

（1）有助于了解设备的力能特性,便于设计检验，可作为销售和购买检验准则之一，避免纠纷，对维修过、重新装配过的情况也不例外。

（2）有助于增加设备的力能特性测量系统，或检查设备的力能特性测量系统是否正常，有助于标定和调节设备的力能特性测量和显示系统。

（3）有助于检验设计计算的锻造变形力和能量，有助于使设计工程师和锻工积累同批或相似锻件所需要的变形力和变形能。

（4）一旦锻件质量出现问题，如果对设备运转情况心中有数，就能集中精力来判断锻件的材料、下料尺寸、加热温度是否正确。

（5）有助于达到对设备的合理和安全使用，防止力或能量过载对设备的危害。比如，通过标定可以判断摩擦离合器的材料是否失效，摩擦离合器的夹持力是否正确，防止出现因摩擦离合器的材料失效或摩擦离合器的夹持力不够造成的设备能力下降，或因夹持力过大使其不能起到过载后的打滑目的和摩擦片过早失效的危害。

（6）有助于针对锻件所需力和能量，及时恰当地调节能量，防止大能量干小活而造成对设备的危害和生产速度的下降，或小能量干大活的欠锻和多次锻造。

（7）力能标定是实现精锻的必要条件。比如，在热模锻压力机上无余量精锻的技术关键是要求上下模座“过打靠”，这样可以防止设备弹性回让造成的锻件高度误差。可是，“过打靠”程度不够，压力机提供的打击力也会不够；“过打靠”程度太大，压力机就会闷车，所以，实现精锻以前，首先要标定压力机的力能特性，再结合附加在设备上的力能测量系统，就可以保证以后的精锻生产。例如，通过标定40000kN热模锻压力机和对其加装力能测量与显示系统后，在该设备上成功批量精锻出了某型飞机的定子叶片、转子叶片和导流叶片，并使该设备普通模锻某叶片的合格率由50%提高到了98%。

（8）有助于保证设备和人身安全，减少设备故障，降低运行成本，保障生产正常进行，等。

鉴于设备标定的诸多好处，在此也建议尽快建立锻造设备标定的有关标准。

[1] 郭志坚，潘兆庆，等.可靠性工程技术[M].机械电子工业部科技司，机电部机械科学研究院，1990.

[2] 帅长红.液压机设计、制造新工艺新技术及质量检验标准规范实务全书.北京：北方工业出版社，2006.

[3]孙玉胜，等.压力机离合器制动器系统结构优化.锻压机械，2001，36（2）：25-26，35.

[4] 仲太生，季雪冬.分体式气阀连锁离合器制动器分离不清的因素分析.锻压装备与制造技术，2011，46（1）：40-41.

Discussion about demarcation of mechanical force features for metalforming machine

CHEN Feng
（Jinan Foundry&Metalforming Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Jinan 250022,Shandong China）

Combining with the practice,the importance of demarcation about mechanical force features for metalforming machine to the design function,running state,and fault inspection&analysis aspects has been introduced in the text.The suggestion about establishing the related standard of demarcation for metalforming machine has been put forward.

Metalforming;Equipment;Force features;Demarcation

TG315

B

1672－0121（2012）03－0024－02

2012-03-17

陈 峰（1968-），男，高级工程师，西南交通大学MBA，从事锻压设备采购、维护工作