专利名称：短行程铝挤压机前上料钳式自适应供锭装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于铝及铝合金挤压加工行业中所用的卧式挤压机设备与辅助装置，特别涉及短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置。
背景技术：
铝合金挤压型材是一种终极成形产品，加工塑性好，强度高，比重轻，再生利用率高，是一种应用非常广泛的金属材料。目前，随着铝型材进入民用建筑领域，取代了传统的钢木门窗，以及在高速列车和城市轨道交通车辆车体、汽车、集装箱体等工业领域的广泛应用，推动着铝挤压加工技术不断发展和进步，使得铝挤压机不断向大型化发展，功能越来越全，性能越来越优越，导致挤压机的传统设计观念不断得到更新。
传统铝挤压机供锭器为向挤压中心提供挤压垫片和铝锭，其宽度均大于最大铝锭长度，一般为两段式槽形结构，设置于闭合到模具的挤压筒和处于回程状态的挤压杆之间，通常称为后上料方式。挤压开始之前，挤压杆必须要无功运行一个相当于最大铝锭长度的空行程，以将垫片和铝锭推入挤压筒中。在所有其它参数不变的情况下，由这种传统的供锭方法所决定的挤压机存在诸多缺点，如开档(即前后梁之间的尺寸)大、主工作缸柱塞(挤压杆)行程长、压机整体刚性较差、挤压制品的质量较低、辅助设备较为复杂、非挤压固定循环周期时间长、及设备重量重等。因此，直接导致挤压机的使用和维护成本较高。
有一种采用后上料方式的“短行程”铝挤压机，和传统挤压机一样，供锭前，挤压筒仍处于闭合到模具的状态，但需将挤压杆水平或垂直横向移出压机中心，以空出供锭器进入挤压中心的位置。然后，由供锭器自身的链条辊子、或由设置于挤压梁中心的一个气缸，将铝锭送入挤压筒。待供锭器退出后，再将挤压杆移入挤压中心。显然，这种供锭器结构依然庞大，且难以在带内置式穿孔系统的双动挤压机上实现，同时，挤压杆及其横向移动的导向系统的制造精度要求高，使确定挤压机中心基准的固定挤压杆频繁横向移动不利于保证挤压杆的挤压中心，维护困难，操作难度大。
美国专利US005823038A公开了一种卧式金属挤压机的供锭装置(APPARTUS FOR LOADING A BILLET AND，IF NECESSARY，A PRESSING DISCINTO HORIZONTAL METAL EXTRUSION PRESS)。主要为双指夹头，具有两级移动机构(主臂)，一种是两级水平台移动机构；另一种是以一个支撑点进行旋转及齿轮齿条伸出的机构。这种供锭装置结构复杂而庞大，夹头宽度相当于一个铝锭，依然是一种后上料方式挤压机所使用的供锭装置。
现有技术中主要的不足有1)由于供锭器设置的位置使挤压机机架开档尺寸相对铰大，使压机的结构强度和整体刚度较低，并影响挤压梁和挤压筒的导向精度，不利于挤压制品精度的提高。
2)挤压杆行程较长，增加了主缸内油的容积和升、卸压时间，同时，相对加大了密封、导套和导板的磨损，并且不利于挤压时的对中。
3)铝锭不能定位在挤压筒中心线上，挤压杆存在偏心载荷。挤压杆充填挤压时受力不平衡，产生相当大的向上弯曲的偏心力，影响挤压杆的寿命。
4)挤压机工作非挤压周期循环时间长，使整个挤压生产线功率消耗大，生产效率低。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述背景技术中存在的缺点和由于该供锭方法所导致压机结构技术上的不足，提供可使铝挤压机的开档尺寸缩短，提高挤压机的结构强度、刚度和精度、并可改进挤压工艺过程、缩短非挤压周期循环时间、提高生产效率，以及将铝锭自动水平送入挤压中心的短行程铝挤压机前上料钳式自适应供锭装置。
本实用新型的技术方案是这样实现的短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，包括挤压机、夹钳式供锭装置、供锭装置的液压控制装置、挤压杆与侧缸的液压控制装置，以及电气控制装置；其特征是铝挤压机采用固定式挤压垫，挤压筒套住挤压杆，挤压筒与挤压杆二者均处于回程状态；供锭装置设置于挤压机中心线外侧，且紧靠模具端面的外延线；夹钳式供锭装置含有机械手、主臂与滑块、主臂油缸、导滑座；主臂与滑块构成一体装在导滑座与压板形成的矩形滑槽内，主臂油缸装在导滑座上，导滑座的首末端装有限程器，导滑座上装有主臂行程检测装置，主臂与滑块在导滑座上由主臂油缸驱动做往复运动并水平伸入及退出挤压机中心。
以上所述的机械手有辅臂油缸、球铰接头与辅臂、压臂油缸、压臂、拇指、掌形钳头、食指关节、食指、食指限程器；掌形钳头固定于主臂的前端，辅臂油缸铰接于主臂，通过球铰接头与辅臂相连；食指铰接于掌形钳头，并且又通过食指关节与辅臂铰接，在辅臂油缸的驱动下做伸展与收拢动作，动作幅度由缸体行程和食指限程器调整和限制；拇指铰接于掌形钳头，并通过压臂的关节和压臂油缸连接，在压臂油缸的驱动下做握拢和打开的动作，动作幅度由缸体行程与压在铝锭的表面限制；在掌形钳头上固定有随动辊子，并构成“V”形辊槽，以便将推来的铝锭定心，当拇指压在铝锭上后，形成一个静定的夹持中心。掌形钳头一侧设有过度辊道，过度辊道由辊道架、辊道座、随动辊、辊道油缸构成；随动辊装在辊道座上，辊道油缸装在辊道架上，驱动过度辊道升降。
短行程铝挤压机前上料系统，包括挤压机、夹钳式自适应供锭装置、挤压杆与侧缸液压控制系统、供锭装置的液压控制系统及电气控制系统；其特征是铝挤压机采用固定式挤压垫，挤压筒套住挤压杆，挤压筒与挤压杆二者均处于回程状态；夹钳式自适应供锭装置设置于挤压机中心线外侧，且紧靠模具端面的外延线；铝挤压机前上料系统的控制过程(1)初始状态下，主臂退回原位，食指收拢，拇指微张，由装在食指与掌形钳头上的随动辊子形成一个中心不变的可调“V”形辊子槽；(2)供锭时，设置于掌形钳头一侧的过渡辊道由辊道油缸驱动升起，由行程检测装置检测到，加热到挤压温度的铝锭随即经过渡辊道被推入掌形钳头的“V”形辊子槽，拇指根据铝锭被推入的位置指令自动收拢，拇指与食指一起牢固压紧铝锭；(3)由拇指油缸的压力传感器检测出压紧力，向前上料装置的控制系统发出指令，并控制过渡辊道自动下降，机械手将铝锭水平送入挤压机中心的模具端面与挤压筒之间；(4)铝锭被送入挤压中心的准确位置，由行程检测装置检测与向控制系统发出指令，并控制挤压杆在侧缸的驱动下快速接近铝锭，以适宜的速度及力顶在铝锭的端部，将铝锭顶在模座中的模具上；(5)由挤压机侧缸的压力传感器检测挤压杆的顶料力与铝锭温度变化导致铝锭微量镦粗而对机械手产生的反作用力，当侧缸的压力传感器检测到由比例阀调定的顶料力后，机械手的食指与拇指自动打开，主臂收缩退出挤压机，回到原始状态；
(6)挤压筒快速套料闭合到挤压模并锁紧，挤压杆开始充填挤压；挤压结束后，挤压筒与挤压杆同时退回最大锭长的行程，准备开始下一个挤压循环。
本发明提供的短行程铝挤压机前上料系统及其夹钳式自适应供锭装置与背景技术相比较，直接使压机主工作缸的长度、主柱塞的行程减少了1/3，供锭装置宽度窄了2/3，明显地降低了设备的重量和造价。同时，还获益于良好的压机性能和工艺操作性，适合于各种吨位的单、双动卧式铝挤压机上采用，并可以对已在运行的传统挤压机进行改造。它具有下列突出的特点和技术进步1)机架开档尺寸缩短了1/6，刚度系数(开档/铝锭长度)由4.8～5.3变为3.4，增强了压机的结构强度和整体刚度，提高了挤压梁和挤压筒的导向精度，减小了模垫和模子的变形，从而有利于挤压制品精度的提高。
2)挤压杆几乎不存在无功行程，减少了主缸内油的容积，缩短了升、卸压时间，降低了能耗和减轻了卸压时油的冲击现象。同时减少了密封、导套和导板的磨损，并改善了挤压时的对中性。
3)铝锭定位在挤压筒中心线上，不会由于铝锭平躺在挤压筒底部，铝锭中心和挤压杆中心存在偏心载荷。挤压杆充填挤压时受力平衡，消除了相当大的向上弯曲的偏心力，有利于延长挤压杆的寿命。
4)供锭时，固定挤压垫一直不脱开挤压筒，挤压杆可在挤压筒中心将铝锭准确地顶在挤压模上，达到从前到后顺序镦粗时顺序排气的效果，易将极少的空气排出，减少了排气时间和缺陷产生的机会。
5)将传统挤压机改造成为“短行程”挤压机，可扩大工艺用途，最大可使挤压铝锭的长度增加一倍，提高效率50％。
6)非挤压周期循环时间(即各辅助机构运动所需要的固定循环时间，从一支铝锭挤压完开始计，到下一支铝锭被加压镦粗，包括放气循环，主缸压力达到10MPa为止)减少了15％，取消了垫片循环系统，减少了无功作业时间，降低了生产线的功率消耗，提高了生产率。
7)“短行程”挤压机的紧凑设计降低了设备重量，减少了投资费用，如减少了设备占地面积和地坑深度，简化了设备基础，降低了厂房高度和宽度，减小了行车跨度，使车间作业面积和高度空间得到充分利用，降低了维修费用，降低磨损减少备件，运输安装容易节省时间等。从而，可以相应降低设备的投资费用和使用维护成本。
图1是夹钳式自适应供锭装置的主视图及挤压机外接锭位置示意图；图2是夹钳式自适应供锭装置供锭到挤压机的挤压中心线示意图；图3是夹钳式自适应供锭装置的侧视图；图4是夹钳式自适应供锭装置的俯视图；图5是短行程铝挤压机前上料系统原理简图；具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
图1至图4所示，短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，包括挤压机、夹钳式自适应供锭装置、供锭装置的液压控制装置、挤压杆与侧缸的液压控制装置，以及电气控制装置；铝挤压机1采用固定式挤压垫2，使挤压筒3套住挤压杆4，且使二者均处于回程状态。夹钳式自适应供锭装置设置于挤压机中心线外侧，且紧靠模具5端面的外延线。
夹钳式自适应供锭装置有机械手6、主臂7与滑块8、主臂油缸9、导滑座10及压板11；主臂与滑块构成一体装在导滑座形成的矩形滑槽内，主臂油缸装在导滑座上，导滑座的首末端装有限程器12，导滑座上装有主臂行程检测装置15，主臂与滑块在导滑座上由主臂油缸驱动做往复运动并水平伸入及退出挤压机中心。主臂最大行程受到主臂油缸的缸体和限程器限制，行程大小由主臂行程检测装置调整。
机械手有辅臂油缸601、球铰接头602与辅臂603、压臂油缸604、压臂605、拇指606、掌形钳头607、食指关节608、食指609、食指限程器610；掌形钳头固定于主臂的前端，辅臂油缸铰接于主臂，并通过球铰接头与辅臂相连；食指铰接于掌形钳头，同时又通过食指关节与辅臂铰接，在辅臂油缸的驱动下做伸展和收拢动作，其动作幅度由缸体行程与食指限程器调整和限制；拇指铰接于掌形钳头，同时又通过压臂的关节与压臂油缸连接，并在压臂油缸驱动下做握拢与打开的动作，其动作幅度由缸体行程与压在铝锭的表面限制；在掌形钳头上还与食指对称地布置固定有随动辊子611，并构成“V”形辊槽，以便将推来的铝锭定心；当拇指压在铝锭上后，便形成一个静定的夹持中心；在具有夹持功能的掌形钳头、食指和拇指上分别装有用以减小顶料摩擦阻力随动辊子611，目的是在挤压杆顶料过程中减小铝锭与机械手之间的摩擦阻力；在铝锭与模具端部及挤压杆之间建立起足以支承铝锭重量的摩擦力之前，拇指和食指均处于收拢夹紧状态，铝锭可以在适度的压力夹持下移动，从而也减小了对掌形钳头和主臂滑块的侧向力。
掌形钳头607一侧设有过度辊道14，过度辊道由架辊道141、辊道座142、随动辊143、辊道油缸144构成；随动辊装在辊道座上，辊道油缸装在辊道架上，驱动过度辊道升降。加热到挤压温度的铝锭13通过过度辊道被推入掌形钳头的“V”形辊槽中。
主臂7和掌形钳头607的宽度仅为最大锭长的1/3，拇指压在铝锭上后，便形成一个静定的夹持中心，同时起着既防止在主臂快速进入挤压中心时将铝锭甩出手掌，又保持铝锭一直处于水平状态防止偏重失稳的作用。精度和刚性都很高的主臂滑块全程处于一个矩形导滑座内，保证铝锭被水平送入挤压中心的精度和防止机械手倾覆的性能。
夹钳式自适应供锭机械手主臂7的行程检测装置15，既可以是连续位置检测的编码器，也可以是有限位置检测的接近开关装置；辅臂603和压臂604以及铝锭13的位置检测均可以采用接近开关。
图5所示，短行程铝挤压机前上料系统，包括挤压机、夹钳式自适应供锭装置、挤压杆侧缸液压控制系统、供锭装置的液压控制系统及电气控制系统；铝挤压机1采用固定式挤压垫2，挤压筒3套住挤压杆4，二者均处于回程状态；夹钳式自适应供锭装置设置于挤压机中心线外侧，且紧靠模具5端面的外延线。
挤压机的挤压杆侧缸及供锭装置的液压控制系统。
挤压杆与侧缸液压控制系统含有挤压杆与侧缸17、装在侧缸管路中压力传感器19、侧缸逻辑阀控制单元25、主泵的泵头双压逻辑阀控制单元20与轴向柱塞比例变量主泵BY1；侧缸辅助泵26及其泵头比例压力逻辑阀控制单元27经电磁换向阀Y22与侧缸逻辑阀控制单元25相连；由电磁换向阀Y22自动转换为由侧缸辅助泵26的泵头比例压力逻辑阀控制单元27与主侧缸逻辑阀控制单元25中的侧缸比例压力控制系统进行顶料操作。其中侧缸逻辑阀控制单元25包含电磁换向阀Y22、Y24，比例压力阀BY5；泵头比例压力逻辑阀控制单元27中含有比例压力阀BY6，电磁换向阀Y14、Y15。
供锭装置的液压控制系统含有主臂油缸9、主臂逻辑阀控制单元21、主泵的泵头双压逻辑阀控制单元20与主泵BY1；辅臂油缸601、压臂油缸604、辊道油缸144连接的叠加阀集成控制单元24、辅助泵的泵头双压逻辑阀控制单元23与机械手辅助泵22。在压臂油缸604的进油管路中装有压力传感器16，机械手辅助泵与侧缸辅助泵26同轴相联接。其中在叠加阀集成控制单元24中磁换向阀Y71控制辊道油缸144，电磁换向阀Y72与Y73控制辅臂油缸601、电磁换向阀Y74与Y75压臂油缸604。
所述的短行程铝挤压机前上料系统的电气控制系统由PLC控制，电气控制系统中压力检测元件是压力传感器或者压力继电器；挤压杆的行程控制采用绝对值编码器。
以上所述的短行程铝挤压机前上料系统包含对挤压杆和夹钳式自适应供锭装置的行程、速度与压力的控制；(1)主臂7采用轴向柱塞比例变量泵BY1，通过主泵的泵头双压逻辑阀控制单元20和机械手主臂逻辑阀控制单元21实现主臂的快速、减速、慢速和停止控制；(2)辅臂603和压臂605采用轴向柱塞恒压变量泵，即机械手辅助泵22，通过辅助泵的泵头双压逻辑阀控制单元23和叠加阀集成控制单元24实现控制拇指606和食指609的夹持和松开动作；当挤压杆进行顶料操作时，叠加阀集成控制单元的旁通电磁换向阀Y73与Y75自动切换到低背压自适应状态，使食指和拇指的夹紧力既保持铝锭13不发生偏重失稳，又减小了对铝锭的正压力，并且也减小了“V”形辊槽的摩擦阻力；(3)控制系统具有自动感应与释放挤压杆4的顶料力，以及铝锭13温度变化导致铝锭微量镦粗而对机械手产生的反作用力；(4)挤压杆4顶料的控制由轴向柱塞比例变量主泵BY1、主泵的泵头双压逻辑阀控制单元20及侧缸逻辑阀控制单元25驱动挤压杆快速接近铝锭13端面，由电磁换向阀Y22自动转换为由侧缸辅助泵26的泵头比例压力逻辑阀控制单元27与主侧缸逻辑阀控制单元25中的侧缸比例压力控制系统进行顶料操作；顶料力由侧缸系统中的比例压力阀BY5和BY6设置给定，并受比例压力阀BY6的最高压力限制；在铝锭13被镦粗超压的情况下，比例压力阀BY5还根据侧缸压力传感器19发出的信号自动卸荷。
短行程铝挤压机前上料系统的控制过程1、初始状态下，主臂7退回原位，食指609收拢，拇指606微张，由装装在食指和掌形钳头607上的随动辊子形成一个中心不变的可调“V”形辊子槽；2、供锭时，设置于掌形钳头607一侧的过渡辊道14由辊道油缸144驱动升起，由行程检测装置15检测到，加热到挤压温度的铝锭13随即经过渡辊道被推入掌形钳头的“V”形辊子槽，拇指606根据铝锭被推入的位置指令自动收拢，拇指与食指609一起牢固压紧铝锭；3、由拇指606的压力传感器16检测出压紧力，向前上料装置的控制系统发出指令，并控制过渡辊道14自动下降，机械手将铝锭13水平送入挤压机中心的模具5端面和挤压筒3之间；4、铝锭13被送入挤压中心的准确位置，由行程检测装置15检测和向控制系统发出指令，并控制挤压杆4在挤压机侧缸17的驱动下快速接近铝锭，以适宜的速度及力顶在铝锭的端部，将铝锭顶在模座18中的模具5上；5、由侧缸17的压力传感器19检测挤压杆4的顶料力与铝锭13温度变化导致铝锭微量镦粗而对机械手产生的反作用力，当侧缸的压力传感器检测到由比例阀BY5或BY6调定的顶料力后，机械手的食指609与拇指606自动打开，主臂7收缩退出挤压机，回到原始状态；6、挤压筒3快速套料闭合到挤压模具5并锁紧，挤压杆4开始充填挤压；挤压结束后，挤压筒和挤压杆同时退回最大锭长的行程，准备开始下一个挤压循环。
以上所述的短行程铝挤压机，挤压筒3套住挤压杆4，二者均处于回程状态，并且使固定挤压垫片2伸出挤压筒一定长度；在模座18中的模具5端面与挤压垫之间留出一个大于铝锭长度的距离，以便机械手将铝锭13送入到挤压中心。
本实用新型可以应用于各种吨位的单、双动卧式铝挤压机上。由此项供锭技术配置所构成的短行程铝挤压机，较传统挤压机行程缩短了30％，无挤压循环周期时间减少了15％。
权利要求1.一种短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，包括挤压机、夹钳式供锭装置、供锭装置的液压控制装置、挤压杆与侧缸的液压控制装置，以及电气控制装置；其特征是铝挤压机(1)采用固定式挤压垫(2)，挤压筒(3)套住挤压杆(4)，挤压筒与挤压杆二者均处于回程状态；供锭装置设置于挤压机中心线外侧，且紧靠模具(5)端面的外延线；夹钳式供锭装置含有机械手(6)、主臂(7)与滑块(8)、主臂油缸(9)、导滑座(10)及压板(11)；主臂与滑块构成一体装在导滑座与压板形成的矩形滑槽内，主臂油缸装在导滑座上，导滑座的首末端装有限程器(12)，导滑座上装有主臂行程检测装置(15)，主臂与滑块在导滑座上由主臂油缸驱动做往复运动并水平伸入及退出挤压机中心。
2.根据权利要求1所述的一种短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，其特征是所述的机械手有辅臂油缸(601)、球铰接头(602)与辅臂(603)、压臂油缸(604)、压臂(605)、拇指(606)、掌形钳头(607)、食指关节(608)、食指(609)、食指限程器(610)；掌形钳头固定于主臂的前端，辅臂油缸铰接于主臂，通过球铰接头与辅臂相连；食指铰接于掌形钳头，并且又通过食指关节与辅臂铰接，在辅臂油缸的驱动下做伸展与收拢动作，动作幅度由缸体行程和食指限程器调整和限制；拇指铰接于掌形钳头，并通过压臂的关节和压臂油缸连接，在压臂油缸的驱动下做握拢和打开的动作，动作幅度由缸体行程与压在铝锭的表面限制；在掌形钳头上固定有随动辊子(611)，并构成“V”形辊槽，以便将推来的铝锭定心，当拇指压在铝锭上后，形成一个静定的夹持中心。
3.根据权利要求1所述的一种短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，其特征是所述的掌形钳头(607)、拇指(606)与食指(609)上分别装有用以减小顶料摩擦阻力的随动辊子(611)。
4.根据权利要求2所述的一种短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，其特征是所述的主臂(7)与掌形钳头(607)的宽度仅为最大锭长的1/3。
5.根据权利要求2所述的一种短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，其特征是掌形钳头(607)一侧设有过渡辊道(14)，过渡辊道由辊道架(141)、辊道座(142)、随动辊(143)、辊道油缸(144)构成；随动辊装在辊道座上，辊道油缸装在辊道架上，驱动过渡辊道升降。
6.根据权利要求2所述的一种短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置，其特征是所述的主臂(7)装有行程检测装置(15)，行程检测装置是连续位置检测编码器，或者是位置检测接近开关；辅臂(603)、压臂(604)均装有位置检测接近开关。
专利摘要本实用新型是短行程铝挤压机前上料夹钳式自适应供锭装置。主要有挤压机、夹钳式自适应供锭装置、挤压杆与侧缸液压控制系统、供锭装置的液压控制系统及电气控制系统等。其特点是铝挤压机采用固定式挤压垫，挤压筒套住挤压杆，挤压筒与挤压杆二者均处于回程状态；供锭装置设置于挤压机中心线外侧，且紧靠模具端面的外延线；夹钳式供锭装置含有机械手、主臂与滑块、主臂油缸、导滑座及压板；主臂油缸装在导滑座上，导滑座的首末端装有限程器，导滑座上装有主臂行程检测装置，主臂与滑块在导滑座上由主臂油缸驱动做往复运动并水平伸入及退出挤压机中心。它较传统挤压机行程缩短了30％，提高了挤压机的结构强度、刚度和精度，改进挤压工艺，无挤压循环周期时间减少了15％，使生产效率提高。可应用于各种吨位的单、双动卧式铝挤压机。
文档编号B21C33/00GK2757956SQ200420091809
公开日2006年2月15日 申请日期2004年9月17日 优先权日2004年9月17日
发明者郭玉玺, 赵国栋, 李璟莉, 秦月明, 李翔, 罗永德 申请人:太原重型机械集团有限公司