雙動(dòng)式擠壓機(jī)是指帶有獨(dú)立穿孔系統(tǒng)的擠壓機(jī)，不僅能擠壓無(wú)縫管材，在更換實(shí)心擠壓墊后還可以擠壓型材和棒材，因而具有良好的市場(chǎng)前景。

 

穿孔機(jī)構(gòu)是鋁合金雙動(dòng)擠壓機(jī)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)；其對(duì)于同心度的要求很高，如何保證穿孔精度是穿孔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要解決的主要問(wèn)題。在傳統(tǒng)雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，穿孔托板通常設(shè)置在托板機(jī)構(gòu)內(nèi)部，而在主油缸兩側(cè)分別設(shè)置油缸驅(qū)動(dòng)，并設(shè)置獨(dú)立的導(dǎo)軌導(dǎo)向。這種設(shè)置要求采用大托板，而穿孔機(jī)構(gòu)設(shè)置在托板內(nèi)部，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以維護(hù)。此外，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)油缸行程等于主油缸行程加上穿孔行程，故需要設(shè)置很長(zhǎng)的油缸缸筒和活塞桿；其實(shí)，主油缸行程這部分屬于無(wú)用功，而過(guò)長(zhǎng)的油缸缸筒和活塞桿不僅加大了加工制作的難度，也增加了制作成本。另外，獨(dú)立導(dǎo)向的雙導(dǎo)軌對(duì)加工精度的要求高，而且這種結(jié)構(gòu)也難以調(diào)節(jié)。

 

為此，本文設(shè)計(jì)了一種擠壓機(jī)的雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)，其采取緊湊的結(jié)構(gòu)，更容易實(shí)現(xiàn)穿孔系統(tǒng)要求的同心度，并且可降低加工制作的要求。文章余下部分安排如下：第2節(jié)簡(jiǎn)單介紹穿孔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。第3節(jié)根據(jù)這些原則給出了一種穿孔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。第4節(jié)總結(jié)全文。

 

 

正向雙動(dòng)擠壓的過(guò)程就是主油缸驅(qū)動(dòng)擠壓桿前進(jìn)，先將盛錠筒內(nèi)的錠坯鐓粗，當(dāng)錠坯完成填充變形時(shí)，主油缸會(huì)停下，擠壓桿中心的穿孔針會(huì)從中間穿過(guò)錠坯直至模具一端。完成錠坯的穿孔后，主油缸繼續(xù)驅(qū)動(dòng)擠壓桿前進(jìn)，擠壓盛錠筒內(nèi)的錠坯通過(guò)模具成型。

 

在穿孔針進(jìn)入錠坯進(jìn)行穿孔時(shí)，會(huì)受到來(lái)自穿孔針前端面上錠坯金屬的正壓力及側(cè)表面上金屬向后流動(dòng)的摩擦力；隨著穿孔深度的增加，金屬向后流動(dòng)的阻力會(huì)逐漸增大，穿孔針側(cè)表面所受摩擦力也會(huì)逐漸增大，從而使得穿孔所需要的力也迅速增大；當(dāng)穿孔深度達(dá)到一定值時(shí)，作用在穿孔針前端面上的力足以使穿孔針前面的一個(gè)金屬圓柱體與錠坯之間產(chǎn)生剪切變形而被完全剪斷作剛體運(yùn)動(dòng)，此時(shí)穿孔力達(dá)到最大值；當(dāng)穿孔針繼續(xù)前進(jìn)，隨著料頭被推出?？?，穿孔力降低，直至穿孔結(jié)束，穿孔力下降至最小值[2,3]。

 

穿孔針上述受力特點(diǎn)決定了，穿孔針在擠壓過(guò)程中偏離擠壓中心線存在如下主要原因[4]：穿孔系統(tǒng)與擠壓中心線偏離太多；穿孔針彎曲；錠坯填充變形不完全；錠坯加熱溫度不均勻；錠坯填充系數(shù)過(guò)大；錠坯端面切斜度過(guò)大；擠壓軸彎曲或擠壓端面不平。

 

為盡可能提高穿孔精度，針對(duì)上述引起穿孔針偏心的因素，穿孔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常應(yīng)遵循下述基本原則：

 

1）穿孔針針桿部分的長(zhǎng)度在滿足工藝條件要求的前提下應(yīng)盡量縮短，從而提高穿孔時(shí)穿孔針彎曲的臨界壓力。

 

2）在擠壓桿和穿孔針支承結(jié)構(gòu)尺寸及強(qiáng)度允許的情況下，盡量增大穿孔針根部螺紋和退刀槽部分的有效面積，從而增加其強(qiáng)度；盡量增大螺紋及退刀槽底部的圓角以減少應(yīng)力集中的影響。

 

3）合理設(shè)計(jì)穿孔針臺(tái)肩部分及支承部分的配合公差，使其在不影響穿孔針安裝及工作的前提下，在穿孔時(shí)對(duì)穿孔針根部螺紋及退刀槽起到保護(hù)作用。

 

 

針對(duì)第1節(jié)所提到的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的缺陷和第2節(jié)所給出的導(dǎo)致穿孔針偏心的原因，遵循前述設(shè)計(jì)原則，本文采用了如下設(shè)計(jì)方案（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1～3所示）：

 

鋁型材正向雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)示意圖

 

1）采用增加柱塞加長(zhǎng)套1、2，使雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)安裝于其內(nèi)部，雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)工作時(shí)是與主油缸柱塞作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以穿孔缸行程比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)少了主油缸行程部分，大大縮短了穿孔缸的缸筒和活塞桿長(zhǎng)度；

 

2）通過(guò)減小擠壓墊與擠壓筒和穿孔針的間隙以增加穿孔針的定心力，從而減少穿孔針的偏移量；

 

3）采用磁尺及壓力傳感器的雙監(jiān)測(cè)模式，通過(guò)伺服電機(jī)及高精度變量柱塞泵的控制，以確保錠坯填充完全變形；

 

4）設(shè)置穿孔缸活塞桿下方直線導(dǎo)軌導(dǎo)向和擠壓桿機(jī)構(gòu)通孔導(dǎo)向，雙導(dǎo)向既保證了導(dǎo)向精度又簡(jiǎn)單化了調(diào)節(jié)工作；

5）整個(gè)機(jī)構(gòu)為整體式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊更容易實(shí)現(xiàn)雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔系統(tǒng)要求的同心度，加工制作相對(duì)容易。

 

如何保證穿孔精度是鋁合金雙動(dòng)擠壓機(jī)在穿孔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所要解決的主要問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種擠壓機(jī)的雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)，通過(guò)增加柱塞加長(zhǎng)套使雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)安裝于其內(nèi)部，縮短了穿孔缸的缸筒和活塞桿長(zhǎng)度；設(shè)置穿孔缸活塞桿下方直線導(dǎo)軌導(dǎo)向和擠壓桿機(jī)構(gòu)通孔導(dǎo)向，在保證了導(dǎo)向精度的同時(shí)簡(jiǎn)化了調(diào)節(jié)工作；采取緊湊的整體式結(jié)構(gòu)，因而更容易實(shí)現(xiàn)穿孔系統(tǒng)要求的同心度，加工制作相對(duì)容易。

本文介紹了穿孔針在擠壓過(guò)程中的受力特點(diǎn)及引起穿孔針偏心的主要原因，給出了穿孔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。在此基礎(chǔ)上，具體設(shè)計(jì)了一種擠壓機(jī)的雙動(dòng)擠壓機(jī)穿孔機(jī)構(gòu)；該機(jī)構(gòu)采取緊湊的整體式結(jié)構(gòu)，因而更容易實(shí)現(xiàn)穿孔系統(tǒng)要求的同心度，且具有加工方便的優(yōu)點(diǎn)。