CN107971441B - 热模锻压力机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热模锻压力机，偏心轴可转动的支承在机架上，偏心轴通过连杆与滑块连接，与滑块相对应位置设有工作台，偏心轴通过离合器与驱动偏心轴旋转的驱动装置连接，所述的驱动装置包括飞轮，在偏心轴上设有制动器，在滑块的附近设有用于送料的机械手；还包括用于检测锻坯温度的温度检测装置；用于检测飞轮转速的转速传感器；温度检测装置和转速传感器与控制装置的输入端电连接，控制装置的输出端与制动器和离合器电连接。当冲压力小于锻压所需冲压力参数或者锻坯的加热温度小于锻压所需锻坯加热温度时，控制装置控制离合器断开，制动器工作使偏心轴制动；预防热模锻压力机的闷车事故。通过预防闷车，提高了工作效率，降低损失。

Description

热模锻压力机及控制方法

技术领域

本发明涉及精密热模锻压领域，特别是一种热模锻压力机。

背景技术

目前，精密热模锻压力机经常发生闷车事故，主要是因为上下模具间的锻坯成形需要足够的充模力，当压力机向下冲压力小于锻坯成形需要的充模力时，锻坯不能变形，造成压力机下滑块不能通过最低点而被闷卡住，造成闷车事故。目前预防闷车的方法是通过严格执行锻坯工艺要求来控制的，由于人工执行工艺的不确定性，经常发生压力机闷车事故，造成工件报废、模具损坏或造成重大设备事故，花费大量时间、人力和物力来解除闷车和修复设备。现有技术中多是采用简化解除闷车事故的方向进行研究与开发，例如中国专利文献CN 106734823A即记载了一种解除闷车及调整装模高度的装置，包括偏心压力销，所述偏心压力销将滑块与连杆连接，连杆上设有连接孔，偏心压力销偏心设置在连接孔内，偏心压力销的一端设有固定座，固定座与平衡活塞式油缸的活塞杆转动连接，平衡活塞式油缸设置在滑块侧面上，可解除闷车问题。但是该结构，属于事后处理的方案。目前尚未见任何用于预防压力机闷车事故的技术方案的记载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热模锻压力机，能够有效预防热模锻压力机的闷车事故。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种热模锻压力机，偏心轴可转动的支承在机架上，偏心轴通过连杆与滑块连接，与滑块相对应位置设有工作台，偏心轴通过离合器与驱动偏心轴旋转的驱动装置连接，所述的驱动装置包括飞轮，在偏心轴上设有制动器，在滑块的附近设有用于送料的机械手；

还包括用于检测锻坯温度的温度检测装置；

用于检测飞轮转速的转速传感器；

温度检测装置和转速传感器与控制装置的输入端电连接，控制装置的输出端与制动器和离合器电连接。

优选的方案中，所述的温度检测装置安装在给压力机送料的锻坯的机械手附近；

或者所述的温度检测装置安装在锻压模具的附近；

或者所述的温度检测装置安装在滑块上。

优选的方案中，所述的温度检测装置为热电偶传感器、红外传感器或微波传感器。

优选的方案中，所述的转速传感器为光电式传感器、磁传感器、霍尔传感器或绝对值编码器。

优选的方案中，所述的离合器安装在飞轮与偏心轴之间，通过离合器实现飞轮与偏心轴之间动力的连接和断开。

优选的方案中，所述的滑块位于偏心轴的下方，滑块与工作台之间设有锻压模具，锻压模具分为至少上下两块，两块的锻压模具分别与滑块和工作台连接。

一种采用上述的热模锻压力机的控制方法，包括以下步骤：

一、温度检测装置获取锻坯的加热温度；

转速传感器获取飞轮的转速；

二、控制装置根据飞轮的转速计算得到滑块的冲压力；

三、根据锻坯的材料和锻压模具参数型号得到锻压所需锻坯加热温度和所需冲压力参数；

四、将锻压所需冲压力参数与冲压力进行比对，锻压所需锻坯加热温度与锻坯的加热温度进行比对，当冲压力大于或等于锻压所需冲压力参数，并且锻坯的加热温度大于或等于锻压所需锻坯加热温度时，正常工作；

当冲压力小于锻压所需冲压力参数或者锻坯的加热温度小于锻压所需锻坯加热温度时，控制装置控制离合器断开，制动器工作使偏心轴制动；

通过以上步骤，预防热模锻压力机的闷车事故。

优选的方案中，滑块的冲压力由以下公式得到：

F_压=ｒ×G=ｒ×M×R×V_线 ²；

其中，

G= M×R×V_线 ²；

ｒ 惯性能量转换系数；M 飞轮的质量；R 飞轮半径；V_线 飞轮旋转线速度；G 飞轮惯性能量；F_压 冲压力。

优选的方案中，锻压所需锻坯加热温度T由以下公式得到:

T= m△L△H/ｆ_充；

其中，T锻坯温度，单位℃；m 锻坯充填模具力系数，与材料及温度有关；△L 锻坯长度方向变形量，单位毫米；△H 锻坯高度或半径方向变形量，单位毫米；ｆ_充锻坯充填模具力。

优选的方案中，解除闷车风险后，控制装置判断闷车风险类型，属锻坯加热温度低的，退出锻坯，再加热提高温度，再次送入锻压模具；属于飞轮转速低的，加速飞轮转速，达到要求后继续工作。

控制装置包括单片机、PLC或工控机；

控制装置根据不同材料参数、锻坯变形量、冲压力和锻压件检测结果，对锻压所需锻坯加热温度和所需冲压力参数进行优化。

本发明提供的一种热模锻压力机，通过设置的温度检测装置、转速传感器，配合控制装置内的智能专家系统，对锻坯成型所需的锻坯充填模具力、飞轮旋转能量转换的下滑块冲压力进行智能分析，当飞轮能量转换的下滑块冲压力小于锻坯的成型所需的锻坯充填模具力时，控制系统发出指令，离合器分离、制动器制动、报警信号显示，下滑块停止下滑，实现有效预防闷车。本发明的装置及方法智能化程度高、安全可靠，通过预防闷车，提高了工作效率，减少了损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的主视整体结构示意图。

图2为本发明控制方法的流程图。

图3为本发明的控制结构示意框图。

图4为本发明中冲压力与飞轮旋转速度的关系曲线图。

图5为本发明中锻坯充填模具力与锻坯温度的关系曲线图。

图6为本发明装置的主视图。

图中：机架1，偏心轴2，制动器3，锻坯4，连杆5，滑块6，锻压模具7，工作台8，飞轮9，飞轮制动器10，离合器11，电机12，控制装置13，温度检测装置14，机械手15。

具体实施方式

实施例1：

如图1、3、6中，一种热模锻压力机，偏心轴2可转动的支承在机架1上，偏心轴2通过连杆5与滑块6连接，与滑块6相对应位置设有工作台8，偏心轴2通过离合器11与驱动偏心轴2旋转的驱动装置连接，所述的驱动装置包括飞轮9，在偏心轴2上设有制动器3，在滑块6的附近设有用于送料的机械手15；

还包括用于检测锻坯温度的温度检测装置14；

用于检测飞轮9转速的转速传感器；转速传感器在图中未示出。

温度检测装置14和转速传感器与控制装置13的输入端电连接，控制装置13的输出端与制动器3和离合器11电连接。由此结构，控制装置13能够根据温度检测装置14和转速传感器的检测参数，以及自适应智能控制模块的判断，预防闷车事故的发生。本例中的控制装置13包括单片机、PLC或工控机，单片机和PLC与工控机的区别在于是否包含自适应智能控制模块，单片机和PLC中需要输入详细的控制参数，而在包含自适应智能控制模块的工控机中，则仅需输入输入锻坯材料牌号、塑性变形温度区域、变形量等直观参数即可自动分析计算得出详细的控制参数，包括锻压所需冲压力参数和锻压所需锻坯加热温度。

优选的方案中，所述的温度检测装置14为热电偶传感器、红外传感器或微波传感器。本例中优选采用不接触的红外传感器或微波传感器。

优选的方案中，所述的温度检测装置14安装在给压力机送料的锻坯的机械手附近；由此结构用于检测始锻温度。优选的，温度检测装置14安装在机械手运送锻坯4的路径上。进一步优选的，所述的温度检测装置14为可移动的结构。

或者所述的温度检测装置14安装在锻压模具7的附近；由此结构用于检测终锻温度。

或者所述的温度检测装置14安装在滑块6上。由此结构，能够根据神经网络算法同时检测始锻温度和终锻温度，以降低成本。

优选的方案中，所述的转速传感器为光电式传感器、磁传感器、霍尔传感器或绝对值编码器。转速传感器在图中未示出，本例中优选采用绝对值编码器，以提高转速测量的精度和角度控制的精度。转速传感器安装在飞轮上，或者安装在与飞轮连接的传动机构上，例如减速器；或者安装在驱动飞轮旋转的动力设备上，例如电动机。

优选的方案中，所述的离合器11安装在飞轮9与偏心轴2之间，通过离合器11实现飞轮9与偏心轴2之间动力的连接和断开。

优选的方案如图1、6中，所述的制动器3安装在偏心轴2上，并与机架1固定连接，通过制动器3对偏心轴2制动。

优选的方案中，所述的滑块6位于偏心轴2的下方，滑块6与工作台8之间设有锻压模具7，锻压模具7分为至少上下两块，两块的锻压模具7分别与滑块6和工作台8连接。随着滑块6的升起，上部分的锻压模具7随着滑块提升。便于机械手15将锻坯4送入到上下两块的锻压模具7之间。

实施例2：

如图2、3中，在实施例1的基础上，一种采用上述的热模锻压力机的控制方法，包括以下步骤：

一、温度检测装置14获取锻坯4的加热温度；

转速传感器获取飞轮9的转速；绝对值编码器获得单位时间内的转角参数，得到转速V_转，V_线=V_转×2πr，其中r为半径，单位mm。

二、控制装置13根据飞轮9的转速计算得到滑块6的冲压力；

优选的方案中，滑块6的冲压力由以下公式得到：

F_压=ｒ×G=ｒ×M×R×V_线 ²；

其中，

G= M×R×V_线 ²；

ｒ 惯性能量转换系数；M 飞轮的质量；R 飞轮半径；V_线 飞轮旋转线速度；G 飞轮惯性能量；F_压 冲压力。

优选的方案中，滑块6的冲压力由以下公式得到：

F_压=ｒ×G=ｒ×M×R×V_线 ²；

其中，

G= M×R×V_线 ²；

ｒ 惯性能量转换系数；M 飞轮的质量；R 飞轮半径；V_线 飞轮旋转线速度；G 飞轮惯性能量；F_压 冲压力。

三、根据锻坯的材料和锻压模具参数型号得到锻压所需锻坯加热温度和所需冲压力参数；

优选的方案中，锻压所需锻坯加热温度T由以下公式得到:

T= m△L△H/ｆ_充；

其中，T锻坯温度，单位℃；m 锻坯充填模具力系数，与材料及温度有关；△L 锻坯长度方向变形量，单位毫米；△H 锻坯高度或半径方向变形量，单位毫米；ｆ_充锻坯充填模具力。ｆ_充锻坯充填模具力=锻坯冲压力≤F_压＜锻压模具7所能承受的最大冲压力。ｆ_充锻坯充填模具力需要根据锻坯4的材质和变形量的大小确定。锻坯充填模具力系数m，则主要根据材料的特性和塑性变形温度获得。优选的方案中，根据锻坯4变形前和变形后，表面积的变化为依据对变形量进行优化。

在前述的装置中，单片机方案中的锻坯充填模具力系数需要人为输入，而在工控机方案中则通过自适应智能控制模块，根据输入的输入锻坯材料、塑性变形温度区域和变形量参数结合数据库和神经网络算法，自动给出锻坯加热温度T、锻坯充填模具力ｆ_充和锻坯充填模具力系数m，从而提高智能化程度、准确度和可靠性。优选的，锻坯加热温度T为一个温度区间。需要格外关注的是锻坯加热温度T的下限。

四、将锻压所需冲压力参数与冲压力进行比对，锻压所需锻坯加热温度与锻坯4的加热温度进行比对，当冲压力大于或等于锻压所需冲压力参数，并且锻坯4的加热温度大于或等于锻压所需锻坯加热温度时，正常工作；

当冲压力小于锻压所需冲压力参数或者锻坯4的加热温度小于锻压所需锻坯加热温度时，控制装置13控制离合器11断开，制动器3工作使偏心轴2制动；

通过以上步骤，预防热模锻压力机的闷车事故。

优选的方案中，解除闷车风险后，控制装置13判断闷车风险类型，属锻坯4加热温度低的，退出锻坯4，再加热提高温度，再次送入锻压模具7；属于飞轮转速低的，加速飞轮转速，达到要求后继续工作。

实施例3：

在实施例2的基础上，更具体的步骤为：

步骤一：锻压前准备。接通电源，进行电压、漏电保护、安全限位、偏心轴高点处于上顶点或12点钟方位，假定从制动器端看，偏心轴顺时针旋转，则偏心轴高点在顶点或12点钟方位，等各系统自检。自检正常后进入第二步。

步骤二：启动电动机储备能量准备冲压。电机12通过皮带带动飞轮加速转动，装在飞轮上的转速传感器感知飞轮转速，反馈给控制装置的判断旋转惯性能量可以产生的下滑块向下冲压力的值。冲压力F_压与飞轮质量、半径、旋转速度成正比。

步骤三：加热锻坯、输入锻坯材料、塑性变形温度区域、变形量、感知锻坯温度及分析充填模腔的充模力，确定所需的冲压力具体数值。加热锻坯温度达到始锻温度要求，机械手15搬运锻坯时、装在机械手上的红外线传感器或其他种类的温度传感器将锻坯温度反馈给工控机控制装置的自适应智能控制模块，与自适应智能控制模块中先前学习存储在自适应智能控制模块数据库中的材料特性、变形大小利用神经网络智能算法进行综合分析、判断锻坯塑性变形力和完成锻坯塑性变形充满模具空腔所需的充模力。

锻坯充填模具力ｆ_充与锻坯长度方向变形量、锻坯高度或半径方向变形量成正比，与锻坯温度成反比。

步骤四：控制装置，优选采用自感知、自学习、自分析、自适应的方式进行锻压工作的控制。

当冲压力F_压＞锻坯充填模具力ｆ_充时，正常工作。

离合器11合上、制动器3分离，电机12带动偏心轴2旋转、滑块6下行，将飞轮9旋转能量通过滑块6转变成垂直向下的压力做功，使锻压模具7上模具与下模具中的锻坯4合压塑性变形，完成一次冲压行程工作。

连续工作。一次做功完成后，偏心轴及连杆继续带着滑块向上提升，在滑块6有一定速度惯性情况下，则偏心轴高点在近8点钟方位时，离合器分离，让电机能量全部用于飞轮加速。

离合器分离后，滑块6靠惯性上升，偏心轴高点转到接近12点方位时离合器合上，将偏心轴及滑块6带着运行通过上顶点后，继续前述做功过程。

在锻压全过程中，控制装备对锻压过程的情况进行感知、学习、储存、进行自组织分析、自适应控制运行。

步骤五：当冲压力F_压＜锻坯充填模具力ｆ_充 时，控制装置13动作，控制飞轮制动器10工作，预防闷车事故。具体为：

当冲压频率太高，能量损失太大，飞轮9转速下降，冲压力F_压就会变小；当加热锻坯温度低于终锻温度或在锻造过程中散热降温过快，锻坯充填模具力ｆ_充就会增大，一旦冲压力F_压＜锻坯变形充模力ｆ_充，控制装置13感知、分析计算比较及时发出指令，让离合器11分离、制动器3工作制动，滑块6停止下行、预防锻压模具7的上模具与下模具之间的锻坯4冲压不到位发生闷车事故。

控制屏显示闷车风险。属温度低，退出低温锻坯，再加热提高温度，降低充模力；属飞轮转速低，则加速飞轮达到能量后，解除闷车风险后继续工作。

控制装置13根据不同材料参数、锻坯变形量、冲压力的输入量，并根据锻压件检测结果的反馈，利用网络神经算法对锻压所需锻坯加热温度和所需冲压力参数进行优化。

步骤六：工作结束。

按下工作停止按钮，压力机偏心轴高点转到顶点区域、制动器和飞轮制动器10制动、断开电源。

实施例4：

更具体的实例为：

YJMM-RY2500A热模锻精密压力机

电机功率：160KW 转速700转/分钟

飞轮直径；3000mm

飞轮重量：19000KG

锻件材料：38CrMoAl

锻件液相温度：1550

锻件塑形变形温度：800

锻件尺寸：长500宽100高80

锻件重量：32Kg

锻件坯料：直径110长度430

一般工艺要求：锻件始锻温度1050℃-1100℃，锻件终锻温度不低于900℃。

步骤一：锻压前准备。接通电源，进行电压、漏电保护、安全限位、偏心轴高点处于上顶点，即12点钟方位等各系统自检。

步骤二：启动电动机储备能量准备冲压。电动通过皮带带动飞轮加速转动，转动速度0～70转/分钟，装在飞轮上的速度传感器感知飞轮转速，反馈给控制装置，分析、判断旋转惯性能量可以产生的下滑块向下冲压力F_压。

冲压力F_压=ｒ×飞轮惯性能量=＞ ｒ×M×R×V_线 ²～ｒ×M×R×Vmax2=0～2500吨。

步骤三：加热锻坯、控制装置13输入锻坯材料、塑性变形温度区域、变形量、感知锻坯温度及分析充填模腔的充模力。加热锻坯温度达到始锻温度要求后，机械手搬运锻坯时、装在机械手上的红外线温度感应器将锻坯温度反馈给控制装置，判断锻坯塑性变形力和完成锻坯塑性变形充满模具空腔所需的充模力。

最高始锻温度T_始：1100℃；

非常情况下锻件失控温度T_非：＜750℃；

锻坯充填模具力：ｆ_充=m△L△H/T =＞ m△L△H/T非～m△L△H/T始

=3000～1500吨。

步骤四：控制装备及专家系统自感知、自学习、自分析、自适应进行锻压工作。

当飞轮转速较高、冲压力F_压2500吨＞锻坯温度较高变形充模力较小1500吨时，正常工作。

离合器合上、制动器分离，带动偏心轴旋转、滑块下行，将飞轮旋转能量通过滑块6转变成垂直向下的压力做功，使锻压模具7中的锻坯合压塑性变形，完成一次冲压行程工作。

连续工作同实施例3。

在锻压全过程中，控制装置13对锻压过程的情况进行持续感知、学习、储存、进行自组织分析、自适应控制运行。

步骤五：当飞轮转速低、冲压力F_压不足2500吨＜锻坯温度低变形充模力需要2500吨时，控制装置13发出动作指令，断开离合器11和启动制动器3，预防闷车事故。

当冲压频率太高，能量损失太大，飞轮转速下降，冲压力F_压=ｒ×M×R×V_线 ²就会变小不足2500吨；当加热后的锻坯4温度低于终锻温度或在锻造过程中散热降温过快，锻坯充填模具力就会增大到3000吨，一旦冲压力F_压=ｒ×M×R×V线²＜锻坯变形充模力ｆ_充=m△L△H/T，控制装置13适时感知、分析计算比较及时发出指令，让离合分离、制动器工作制动，滑块6停止下行、预防上模具与下模具之间的锻件冲压不到位发生闷车事故。控制屏显示闷车风险。属温度低，退出低温锻坯，再加热提高温度，降低充模力；属飞轮转速低，则加速飞轮转速，解除闷车风险继续工作。

步骤六：工作结束。

按下工作停止按钮，压力机偏心轴高点转到顶点区域、制动器3和飞轮制动器10制动、断开电源。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，在互不冲突的前提下，本发明记载的各项技术特征能够互相组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热模锻压力机的控制方法，偏心轴可转动的支承在机架上，偏心轴通过连杆与滑块连接，与滑块相对应位置设有工作台，偏心轴通过离合器与驱动偏心轴旋转的驱动装置连接，所述的驱动装置包括飞轮，在偏心轴上设有制动器，在滑块的附近设有用于送料的机械手；

还包括用于检测锻坯温度的温度检测装置；

用于检测飞轮转速的转速传感器；

温度检测装置和转速传感器与控制装置的输入端电连接，控制装置的输出端与制动器和离合器电连接；

控制方法包括以下步骤：

一、温度检测装置获取锻坯的加热温度；

转速传感器获取飞轮的转速；

二、控制装置根据飞轮的转速计算得到滑块的冲压力；

三、根据锻坯的材料和锻压模具参数型号得到锻压所需锻坯加热温度和所需冲压力参数；

四、将锻压所需冲压力参数与冲压力进行比对，锻压所需锻坯加热温度与锻坯的加热温度进行比对，当冲压力大于或等于锻压所需冲压力参数，并且锻坯的加热温度大于或等于锻压所需锻坯加热温度时，正常工作；

当冲压力小于锻压所需冲压力参数或者锻坯的加热温度小于锻压所需锻坯加热温度时，控制装置控制离合器断开，制动器工作使偏心轴制动；

通过以上步骤，预防热模锻压力机的闷车事故。

2.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：所述的温度检测装置安装在给压力机送料的锻坯的机械手附近；

或者所述的温度检测装置安装在锻压模具的附近；

或者所述的温度检测装置安装在滑块上。

3.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：所述的温度检测装置为热电偶传感器、红外传感器或微波传感器；

所述的转速传感器为光电式传感器、磁传感器、霍尔传感器或绝对值编码器。

4.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：所述的离合器安装在飞轮与偏心轴之间，通过离合器实现飞轮与偏心轴之间动力的连接和断开。

5.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：所述的滑块位于偏心轴的下方，滑块与工作台之间设有锻压模具，锻压模具分为至少上下两块，两块的锻压模具分别与滑块和工作台连接。

6.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：滑块的冲压力由以下公式得到：

F_压=ｒ×G=ｒ×M×R×V_线 ²；

其中，

G= M×R×V_线 ²；

ｒ 惯性能量转换系数；M 飞轮的质量；R 飞轮半径；V_线 飞轮旋转线速度；G 飞轮惯性能量；F_压 冲压力。

7.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：锻压所需锻坯加热温度T由以下公式得到:

T= m△L△H/ｆ_充；

其中，T锻压所需锻坯加热温度，单位℃；m 锻坯充填模具力系数，与材料及温度有关；△L 锻坯长度方向变形量，单位毫米；△H 锻坯高度或半径方向变形量，单位毫米；ｆ_充锻坯充填模具力。

8.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：解除闷车风险后，控制装置判断闷车风险类型，属于锻坯加热温度低的，退出锻坯，再次加热提高温度后，再次送入锻压模具；属于飞轮转速低的，加速飞轮转速，达到要求后继续工作。

9.根据权利要求1所述的一种热模锻压力机的控制方法，其特征是：控制装置包括单片机、PLC或工控机；

控制装置根据不同材料参数、锻坯变形量、冲压力和锻压件检测结果，对锻压所需锻坯加热温度和所需冲压力参数进行优化。