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1 　力能特性標(biāo)定的意義
傳統(tǒng)概念認(rèn)為,鍛壓設(shè)備力能特性的標(biāo)定僅僅是為了所謂的出廠和驗(yàn)收檢驗(yàn),加之國(guó)內(nèi)以前對(duì)設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)要求不高,所以對(duì)鍛壓設(shè)備,尤其是大噸位設(shè)備力能特性的標(biāo)定重視和實(shí)踐很不夠。隨著全方位生產(chǎn)管理認(rèn)識(shí)和水平的提高,尤其是精鍛技術(shù)的應(yīng)用,標(biāo)定鍛壓設(shè)備力能特性的要求愈來(lái)愈迫切。這時(shí),標(biāo)定的目的,除傳統(tǒng)概念所謂的驗(yàn)收與檢驗(yàn)外,如果從優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行,提高生產(chǎn)效率和經(jīng)驗(yàn)等深層次考慮,鍛壓設(shè)備力能特性的標(biāo)定還有其他更重要的意義。例如,在熱模鍛壓力機(jī)上精鍛時(shí),無(wú)余量精鍛的技術(shù)關(guān)鍵是要求上下模座“過(guò)打靠”,這樣可以防止因設(shè)備彈性回讓造成的鍛件高度誤差。但當(dāng)“過(guò)打靠”程度不足時(shí),壓力機(jī)提供的打擊力會(huì)不夠;“過(guò)打靠”程度太大,壓力機(jī)就會(huì)悶車(chē)。所以,精鍛前,必先要標(biāo)定壓力機(jī)的力能特性,再結(jié)合附加的力能測(cè)量系統(tǒng),選擇合適的“過(guò)打靠”量,保證精鍛生產(chǎn)。
2 　大噸位熱模鍛壓力機(jī)力能特性標(biāo)定的方法
對(duì)于小噸位的熱模鍛壓力機(jī),進(jìn)行其力能標(biāo)定可以直接用力傳感器和位移傳感器。但對(duì)于大噸位的熱模鍛壓力機(jī),要采用力傳感器標(biāo)定就很困難了。因?yàn)?000kN 以上的力傳感器很少,即使能夠找到,
每只價(jià)格也在四五十萬(wàn)元,而且,這樣的貴重精密儀器,還不能承受鍛壓設(shè)備因猛烈打擊造成的振動(dòng)。
所以,對(duì)于大噸位熱模鍛壓力機(jī),只能采用打擊油壓缸或打擊試塊的方法來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。但用打擊油壓缸
的辦法不現(xiàn)實(shí),例如,油缸驅(qū)動(dòng)壓力如果按60MPa的高壓設(shè)計(jì),要標(biāo)定40 000kN 的打擊力,油缸直徑
得1m 左右,要加工這么大的一個(gè)高壓油缸,造價(jià)既昂貴又花工時(shí),所以,標(biāo)定大噸位鍛壓設(shè)備最經(jīng)濟(jì)快
捷的辦法是打擊試樣法。但要準(zhǔn)確快捷地實(shí)施該方法,必須徹底搞清楚一些基礎(chǔ)理論和掌握一些關(guān)鍵
技術(shù)。
     所謂打擊試樣標(biāo)定設(shè)備力能特性的實(shí)質(zhì)就是:通過(guò)在常規(guī)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上,采用與正式標(biāo)定時(shí)
相同或近似的條件下壓縮小圓柱試樣,得出被標(biāo)定試樣材料的力—應(yīng)變曲線(曲線下的面積對(duì)應(yīng)標(biāo)定用材料單位體積的應(yīng)變形能) ,再在要標(biāo)定的設(shè)備上把正式標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣(一般比小試樣大很多) 鐓粗到一定的變形程度(該變形程度取決于要標(biāo)定的力能大小) ,最后通過(guò)在應(yīng)力(能) —應(yīng)變曲線上查出對(duì)應(yīng)變形的應(yīng)力(單位體積的變形能) ,乘以正式試樣鐓粗后的面積(體積) ,便是所標(biāo)設(shè)備這一次打擊完成的變形力(能) 。
      文獻(xiàn)[1～2 ]的研究和實(shí)踐表明,鐓粗試樣法標(biāo)定鍛壓設(shè)備最佳的方案是:采用純銅試樣,試樣初始
高徑比為1. 5 ,變形程度小于50 %(純銅在良好潤(rùn)滑條件下鐓粗至50 %時(shí),流動(dòng)應(yīng)力約為50MPa ,0～50 %變形范圍內(nèi)的平均流動(dòng)應(yīng)力約30MPa) 。有關(guān)標(biāo)定的基本知識(shí)和計(jì)算也請(qǐng)參考這幾篇文獻(xiàn),本文不再贅述。
3 　40000kN熱模鍛壓力機(jī)力能特性標(biāo)定的特殊性和幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)
     打擊試樣法標(biāo)定熱模鍛壓力機(jī)力(能) 特性時(shí),操作者一定要充分地理解設(shè)備的特點(diǎn),一定要清楚
如果試樣尺寸和數(shù)量設(shè)計(jì)不合理,不僅達(dá)不到標(biāo)定設(shè)備的基本要求,還會(huì)出現(xiàn)“滑車(chē)”、“悶車(chē)”,一旦“悶車(chē)”,危害極大。如果操作者經(jīng)驗(yàn)不足、對(duì)標(biāo)定理解不透或操作馬虎,很容易忽視以上幾點(diǎn),造成難以估量的損失。眾所周知,熱模鍛壓力機(jī)輸出的力隨滑塊下移(力—位移曲線) 逐漸增大,而其提供的能量是較小的,如40000kN 熱模鍛壓力機(jī)提供的最大能量約為500kN·m。如果用高徑比1. 5 的純銅鐓粗,要標(biāo)定到40 000kN ,試樣面積要力爭(zhēng)大一些,但高度相應(yīng)也增加,這時(shí)會(huì)出現(xiàn)變形載荷過(guò)早超過(guò)設(shè)備的力—位移曲線,造成離合器打滑或設(shè)備悶車(chē)。實(shí)際中可采用打擊多個(gè)試樣的辦法(相當(dāng)于增加試樣面積) 來(lái)降低試樣高度,避免打擊力過(guò)載引起的離合器打滑(“滑車(chē)”) 。同時(shí)一定要保證每次打擊標(biāo)定時(shí),預(yù)計(jì)的試樣的變形抗力曲線必須在設(shè)備的打擊力—位移曲線以下(如圖1 所示) 。

圖1 　40000kN 熱模鍛壓力機(jī)打擊力與滑塊轉(zhuǎn)角關(guān)系

      大噸位熱模鍛壓力機(jī)力能特性標(biāo)定時(shí),這種協(xié)調(diào)往往比較困難。例如,選擇5 個(gè)<100 ×150 的純銅圓柱,可以打擊到40 000kN ,浪費(fèi)這么多純銅姑且不說(shuō),關(guān)鍵是這么多試樣的變形能,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)500kN·m(每塊約350kN·m) 。如果只注意了打擊力,而忽視了能量限制,一次打擊這些試樣,會(huì)使設(shè)備嚴(yán)重悶車(chē),只有切割模座,滑塊才能退回。出現(xiàn)這些矛盾的根本原因在于純銅的變形抗力太小,要使總變形抗力能增加到40 000kN ,只能靠增加試樣尺寸,試樣尺寸增加,吸收能量必然也增加,就會(huì)造成能量過(guò)載。同樣,如果要保證打擊能量的標(biāo)定,6 個(gè)<75 ×100 就可以打到500kN·m(50 %應(yīng)變時(shí)每塊的變形能約83kN·m) ,但打擊力只有26 000kN ,達(dá)不到最大噸位。所以,不可能設(shè)計(jì)出一種試樣尺寸和數(shù)量,在一次打擊時(shí),同時(shí)標(biāo)定出設(shè)備的公稱(chēng)力和能量,因而只能分開(kāi)標(biāo)定這兩個(gè)公稱(chēng)值。
通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)踐計(jì)算發(fā)現(xiàn),使用鐓粗純銅試樣法要想直接標(biāo)定出大噸位熱模鍛壓力機(jī)的公稱(chēng)力是絕對(duì)做不到的。其原因就是,象上述計(jì)算一樣,無(wú)論如何設(shè)計(jì)試樣尺寸和數(shù)量,要標(biāo)定公稱(chēng)力的試樣吸收的能量總是大于設(shè)備的公稱(chēng)能量(文獻(xiàn)[1 ]中標(biāo)定了13000kN 熱模鍛壓力機(jī),由于力和能量都較小,容
易協(xié)調(diào),所以小噸位熱模鍛壓力機(jī)標(biāo)定不會(huì)暴露這一問(wèn)題) 。解決這些矛盾的簡(jiǎn)捷辦法就是靈活變化試樣材料和高徑比,例如,仍用鐓粗6 個(gè)<75 ×100 純銅試樣標(biāo)定熱模鍛壓力機(jī)能量,而用20 塊<40 ×40 的45號(hào)鋼試樣標(biāo)定熱模鍛壓力機(jī)最大打擊力。雖然,此時(shí)材料和試樣尺寸并不符合文獻(xiàn)[1～2 ]所推薦的最佳條件,但是從鐓粗標(biāo)定方法的基本原理上講,室溫下在一定的應(yīng)變速率范圍內(nèi),流動(dòng)應(yīng)力不變的材料都可以作為試樣材料,例如,鋼材、銅、鋁等金屬都能滿足這一要求。此外,對(duì)于試樣高徑比、變形程度的要求,是沒(méi)有限制的,只要小試樣和大試樣相似,它們內(nèi)部變形流動(dòng)的特征就會(huì)完全一致,由小試樣應(yīng)力應(yīng)變推算的大試樣的載荷和變形能就不會(huì)產(chǎn)生誤差。此外,試樣高徑比為1. 5、變形程度小于50 %的要求,主要是保證試樣鐓粗時(shí)不會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)鼓度,否則會(huì)影響承壓面積的測(cè)量。所以,當(dāng)采用高徑比小于1. 5、變形程度小于50 %的試樣時(shí),不易出現(xiàn)鼓度,是更有利的。