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掌握模鍛壓力機選擇的方法

瀏覽次數: 日期:2014年4月30日 13:19

  模鍛(模型鍛造)是把金屬毛坯放在一定形狀的鍛模模膛進行鍛壓變形,模膛與鍛件形狀一致,金屬變形流動充滿模膛後得到模鍛件的一種機械加工工藝。由於模鍛件具有形狀、尺寸比較精確,切削加工量少,材料利用率高,加工成本低,成品率高,機械性能優等特點,模鍛加工已經被廣泛應用到機械加工製造的各個領域,發展迅速,對我國汽車工業的快速發展起到推動作用。對模鍛件變形力進行準確計算,選擇適當的模鍛壓力機是模鍛加工過程中非常重要和必要的環節。

  二、案例

  2006年7月3日,某鍛造企業鍛壓車間使用德國辛佩坎普(Siempelkamp)公司製造的NPS1600T型高能壓力機模鍛齒輪(Dy202)時,滑塊壓下後不能向上自動回位,經設備維修人員檢查後,發現壓力機的傳動件螺旋副——螺杆、螺母上的一段螺紋根部出現環狀裂紋,開裂處中的一段矩形螺紋已經斷裂、脫落(見照片1)。鍛造企業據此向已投保的某保險公司提出理賠要求。該螺旋副是在2005年5月更換的,至損壞時僅使用了一年多。為了查明螺旋副損壞的原因,保險公司分別進行如下檢測和計算:

  a. 委托D理工大學材料實驗室對NPS1600T高能壓力機螺母、螺杆的損壞進行失效分析,得出結論:

  1. 螺杆鋼材及熱處理等加工工藝正常,螺杆及螺母無質量問題;

  2. 螺杆及螺母的螺紋斷裂是疲勞引起的脆性斷裂,疲勞源位於螺紋根部的應力集中區,螺紋工作表麵形成大範圍多處疲勞開裂,造成螺絲頭多處斷裂;

  3. 壓力機超負荷運行中的高壓力是造成螺杆及螺母疲勞斷裂的直接原因。

  b. 委托H大學鍛壓專業教授提供齒輪精鍛選用壓力機噸位的計算結論為:鍛造齒輪(Dy202)所需壓力機噸位為3493~4722(噸);

  c. 螺旋副損壞後,鍛造企業技術部提供給保險公司事故原因分析報告中的計算打擊力為5500噸。

  綜上分析,保險公司的鑒定結論為:該NPS1600T高能壓力機(公稱壓力為16000kN,最大工作壓力為20000kN)損壞的原因是模鍛齒輪(Dy202)所需的鍛壓力超過壓力機的工作範圍,導致壓力機超負荷工作,引起傳動螺杆、螺母上的螺紋疲勞脆斷。由於該公司技術部門選擇設備不當,造成設備損壞,因此,拒絕理賠。

  鍛造企業對保險公司拒絕理賠的決定持有異議,訴訟至某市中級人民法院。法院委托遼寧省大連市產品質量監督檢驗所對NPS1600高能壓力機能否用於鍛造模鍛齒輪(Dy202)進行司法鑒定。

  通過深入細致的調查、研究和分析,筆者發現保險公司的鑒定結論是錯誤的,原因如下:

  1.NPS1600T高能壓力機屬於螺旋壓力機,螺旋壓力機具有限力的工作特性,在打擊過程中,當打擊力Ph=(1~1.2),Pg時飛輪發生打滑(Pg公稱壓力),打擊結束,滑塊回程。

  2.螺旋壓力機沒有固定的下“死點”,即使鍛壓變形力超過壓力機公稱壓力,一次鍛擊無法成型,但是可以經過多次鍛擊成型(為了防止毛坯在模具中停留時間過長,毛坯溫度降低,變形抗力增加,鍛擊的次數不宜超過3次)。

  3.某鍛造企業技術部和某大學鍛壓專業教授的計算,均采用熱模鍛壓機開式模鍛一次成型變形力的計算公式,不適合螺旋壓力機選型計算。經重新計算,選用螺旋壓力機鍛造齒輪(Dy202)一次成型所需鍛壓力機噸位為17724.0~28358.4(kN)(見本文第三部分)。

  4.熱模鍛壓機具有固定的下“死點” ,滑塊行程固定,熱模鍛壓機上模鍛每個工步(如預鍛、終鍛、切邊、衝孔等)在滑塊一次行程中完成。如果鍛壓變形力超過壓力機公稱壓力,滑塊不能越過下“死點”就會產生過載現象,導致受力零件應力過高,對設備產生破壞。把螺旋壓力機的工作特性等同於熱模鍛壓機的工作特性,導致了錯誤的鑒定結論。

  某鍛造企業技術部門選擇NPS1600T高能壓力機可以用於鍛造離心泵葉輪(Dy202),但是在進行變形力計算時,犯了一個經驗主義錯誤,按照5500T的打擊力計算,該設備需要打擊4次,這是不允許的。而保險公司錯誤的根源在於不了解NPS1600T高能壓力機的特性。NPS1600T高能壓力機全稱為離合式高能螺旋壓力機,最早由德國辛佩坎普(Siempelkamp)公司研製成功,其產品型號為NPS型。 NPS1600T高能壓力機力能特性(見圖1.)。

  高能螺旋壓力機的鍛擊過程由連續的3個階段組成:離合器打滑前同沒有打滑的慣性螺旋壓力機;打滑過程中同打滑的慣性螺旋壓力機;離合器脫開後同一台小的慣性螺旋壓力機。

  在第二階段,由於離合器打滑階段很短,在曲線上表現為一個很小的過渡,在第三階段,由於驅動螺杆的主要原動力離合器扭矩已經卸去,從動部分的慣性較小,所剩動能不多,係統開始彈性回複,曲線很快下降,加載過程實際已經結束,壓力不會提高很多。由圖1可以看出:高能壓力機比普通慣性螺旋壓力機能量大一倍。

  NPS1600T高能壓力機降速12.5%時給出的有效能量為580kNm,約為現有螺旋壓力機能量的2倍左右(如J53-1600型雙盤摩擦螺旋壓力機公稱壓力16000 kN,打擊能量為280kJ;JB57-1600型螺杆式液壓螺旋壓力機公稱壓力16000 kN,打擊能量為280kJ)。

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