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

 

穿孔機構(gòu)是鋁合金雙動擠壓機的關(guān)鍵機構(gòu)；其對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)計中要解決的主要問題。在傳統(tǒng)雙動擠壓機穿孔機構(gòu)的設(shè)計中，穿孔托板通常設(shè)置在托板機構(gòu)內(nèi)部，而在主油缸兩側(cè)分別設(shè)置油缸驅(qū)動，并設(shè)置獨立的導(dǎo)軌導(dǎo)向。這種設(shè)置要求采用大托板，而穿孔機構(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)置很長的油缸缸筒和活塞桿；其實，主油缸行程這部分屬于無用功，而過長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，獨立導(dǎo)向的雙導(dǎo)軌對加工精度的要求高，而且這種結(jié)構(gòu)也難以調(diào)節(jié)。

 

為此，本文設(shè)計了一種擠壓機的雙動擠壓機穿孔機構(gòu)，其采取緊湊的結(jié)構(gòu)，更容易實現(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)簡單介紹穿孔機構(gòu)設(shè)計的基本原則。第3節(jié)根據(jù)這些原則給出了一種穿孔機構(gòu)的設(shè)計和實現(xiàn)方案。第4節(jié)總結(jié)全文。

 

 

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

 

在穿孔針進(jìn)入錠坯進(jìn)行穿孔時，會受到來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的摩擦力；隨著穿孔深度的增加，金屬向后流動的阻力會逐漸增大，穿孔針側(cè)表面所受摩擦力也會逐漸增大，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，作用在穿孔針前端面上的力足以使穿孔針前面的一個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動，此時穿孔力達(dá)到最大值；當(dāng)穿孔針繼續(xù)前進(jìn)，隨著料頭被推出模孔，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決定了，穿孔針在擠壓過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)過大；錠坯端面切斜度過大；擠壓軸彎曲或擠壓端面不平。

 

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

 

1）穿孔針針桿部分的長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)計穿孔針臺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，在穿孔時對穿孔針根部螺紋及退刀槽起到保護(hù)作用。

 

 

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

 

鋁型材正向雙動擠壓機穿孔機構(gòu)示意圖

 

1）采用增加柱塞加長套1、2，使雙動擠壓機穿孔機構(gòu)安裝于其內(nèi)部，雙動擠壓機穿孔機構(gòu)工作時是與主油缸柱塞作相對運動，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度；

 

2）通過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)測模式，通過伺服電機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)向和擠壓桿機構(gòu)通孔導(dǎo)向，雙導(dǎo)向既保證了導(dǎo)向精度又簡單化了調(diào)節(jié)工作；

5）整個機構(gòu)為整體式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊更容易實現(xiàn)雙動擠壓機穿孔系統(tǒng)要求的同心度，加工制作相對容易。

 

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

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