热模锻压力机新型装模高度调整装置研究

刘 强，赵英君

（1.荣成市科技创新发展中心 山东 荣成 264300；2.荣成华东锻压机床股份有限公司 山东 荣成 264300)

热模锻压力机及其自动化生产线作为高端装备制造产业领域的重点突破发展的代表性产品，因其具有“精密、高效、绿色节能”等优点，广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域。

热模锻压力机具有动作精确可控，击打能量大，运行速度高，锻件精度好，适用于步进式机械手实现多工位自动化作业等特点，在国内外锻造行业的应用越来越广泛，具有广阔的市场前景和卓越的经济效益[1]。

连杆滑块部件是热模锻压力机的主要部件，连杆是组合式的，连杆通过夹紧杆、压力销等部件将滑块悬挂在机身内，为了适应各种不同锻件的模具，设有装模高度调整装置，该机构除了调整电机装在机身上外，其他零件全部装在滑块内。装模高度采用偏心压力销式上调整结构，电机驱动，调整方便、灵活，可以数字显示[2]。

本文主要研究热模锻压力机在装模高度调整时，通过气浮系统来减少压力销静态旋转的摩擦力矩，通过对压力销锁紧放松状态检测控制来防止压力销在夹紧状态下进行驱动的事故。实现了快速、可靠的调整热模锻压力机滑块装模高度需求，提高热模锻压力机及其自动化生产线的传动精度、可靠性、稳定性和生产效率。

1 传统热模锻压力机装模高度调整装置

传统热模锻压力机的滑块连杆及装模高度调整结构如图1 所示。其中滑块3 在装模高度调整时，平衡活塞杆在压缩空气作用下行，带动挡块、连接板、销、夹紧块和压力垫运动，压力销松开，启动电机16 通过十字万向联轴器24、大伞齿轮25、小伞齿轮轴26 和蜗杆27 啮合，带动压力销8 偏心部分滑动摩擦，使滑块上下移动，进而实现滑块装模高度的调整[3]。

图1 传统热模锻压力机装模高度调整结构

调整好后，平衡活塞杆在压缩空气作用下向上升起，带动挡块、连接板、销、夹紧块和压力垫运动，压力垫将夹紧杆2 刚性压紧，夹紧杆2 将压力销机械夹固。

由于压力销承载着公称力、滑块、上模具及连杆，重量比较重，再叠加上平衡杠反作用力，导致驱动压力销静态旋转力矩非常大，这加剧了铜套快速磨损以及伞齿轮、蜗杆、联轴器的损坏；另外，由于传统热模锻压力机上没有检测控制互锁装置，甚至出现压力销抱死状态下驱动的问题，导致传动连接件损坏，也可能造成电机过载烧坏；最后，为了保证压力销的旋转，在压力销传动结构中预留有一定的间隙，降低了热模锻压力机传动精度。

2 热模锻压力机压力销气浮系统

为了解决传统热模锻压力机调模时压力销存在的问题，本装置采用了压力销气浮系统，主要包括气源、锁紧放松单元、传感器、气浮单元和控制器等，具体结构介绍如下。

2.1 气源及锁紧放松单元

气源主要用于提供动力源，包括空气压缩机、管路、电磁阀等部件。

如图2 所示，锁紧放松单元用于锁紧或放松夹紧杆4，包括设置在滑块上的锁紧气缸3，锁紧气缸上端与夹紧杆4 连接，夹紧杆4 与滑块2 之间设有碟簧5，锁紧气缸通过管路A 与气源连接；传感器6设置在滑块2上，传感器6 与锁紧放松单元配合用于检测夹紧杆4 的状态。

图2 锁紧放松单元

2.2 气浮单元

气浮单元包括夹紧杆上气路A 和滑块下气路B，如图3 所示，上气路A 与下气路B 配合将压力销悬空设置。

图3 压力销气浮系统

夹紧杆上进气管道10 包括设置在夹紧杆2 上的轴向孔A1001，轴向孔A1001 前端设有安装管接头的螺纹A1002，轴向孔A1001 末端连通有径向孔A1003，径向孔A1003 与上进气单元17 连通，如图4、图5 所示。

图4 夹紧杆上气路

图5 夹紧杆上气路

上进气单元17 包括多个相互连通的上空气腔9，夹紧杆2 两侧分别设有上进气通道10，一个上进气通道10 对应连通一个上进气单元17，如图6 和图7 所示。使上进气更加均匀，能够平衡稳定的下推压力销8，这里的夹紧杆摩擦面28 是现有技术术语，是指压力销8 与夹紧杆2 接触的面。

图6 夹紧杆上气路

图7 夹紧杆上气路

滑块下进气管道13 包括设置在滑块3 侧壁上的轴向孔B1301，轴向孔B1301 前端设有安装管接头的螺纹B1302，滑块3 上设有多个与轴向孔B1301连通的径向孔B1303，径向孔B1303 与所述下进气单元19 连通，如图8、图9 所示。

图8 滑块下气路

图9 滑块下气路

通过采用轴向孔和径向孔的结构形式实现高压气体流通，采用螺纹连接管接头，具有与外部管连接方便、高压气体密封流通好等优点。

下进气组18 包括沿轴向间隔设置的多个相互连通的下进气单元19，每个下进气单元19 包括多个相互连通的所述下空气腔12，滑块3 两侧分别设有所述下进气通道13，一个下进气通道13 对应连通一个下进气组18，如图10 所示。使下进气更加均匀，能够平衡稳定地托起压力销8。这里的滑块摩擦面29是现有技术术语，是指滑块3 与压力销8 接触的面。

图10 滑块下气路

2.3 控制器

控制器分别与锁紧放松单元、传感器、气浮单元和调模电机连锁控制。

3 新型装模高度调整装置

采用气浮系统后的新型装模高度调整装置如图11 所示。

图11 新型装模高度调整装置

热模锻压力机调模用压力销气浮系统装模高度调整步骤如下：

（1）通过锁紧气缸将夹紧杆活动端顶起，压力销放松可以沿滑块摩擦面转动，碟簧由压紧变为放松状态；

（2）夹紧杆活动端顶起传感器无信号发出，PLC控制器控制气源分别给上气路和下气路供给高压气体，高压气体分别从上空气腔和下空气腔进入，下空气腔进入的高压气体能够平衡稳定浮起压力销，上空气腔进入的高压气体能够平衡稳定下推压力销，调整设置上空气腔下推和下空气气腔浮起的共同作用达到平衡，压力销处于中部悬浮状态开始工作；

（3）PLC 控制器启动调模电机对装模高度进行调整，当达到装模高度要求后，PLC 控制器发送指令，调模电机停止工作，电磁阀22 和电磁阀23 响应断开给上空气腔和下空气腔供给高压气体，电磁阀21响应断开给锁紧气缸供给压缩气体，压力销因自重下落与滑块摩擦面接触，锁紧气缸活塞回落使夹紧杆夹紧压力销，并压缩碟簧，夹紧杆活动端靠近传感器，传感器发出信号给PLC 控制器，夹紧杆锁紧压力销到位，处于待机状态。

4 结语

热模锻压力机及其自动化生产线滑块装模高度调整装置通过采用压力销气浮系统，解决了压力销旋转时摩擦扭矩大的问题；解决了压力销夹紧放松时无检测控制，导致压力销抱死状态下驱动的问题；解决了压力销传动结构预留有一定间隙的问题。

通过减少压力销旋转摩擦扭矩，压力销旋转与夹紧放松检测PLC 控制器控制互锁，避免了传动环节铜套快速磨损和伞齿轮副、蜗杆副、联轴器花键扭断损坏，降低了调模电机功率，消除压力销传动结构预留间隙等技术效果。

该装置具有结构紧凑，精度高、可靠、稳定的优点，有效提高了热模锻压力机及其自动化生产线的传动精度、调模的可靠性和生产效率。