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1 　力能特性標定的意義
傳統概念認為,鍛壓設備力能特性的標定僅僅是為了所謂的出廠和驗收檢驗,加之國內以前對設備的最佳運行狀態要求不高,所以對鍛壓設備,尤其是大噸位設備力能特性的標定重視和實踐很不夠。隨著全方位生產管理認識和水平的提高,尤其是精鍛技術的應用,標定鍛壓設備力能特性的要求愈來愈迫切。這時,標定的目的,除傳統概念所謂的驗收與檢驗外,如果從優化設備運行,提高生產效率和經驗等深層次考慮,鍛壓設備力能特性的標定還有其他更重要的意義。例如,在熱模鍛壓力機上精鍛時,無余量精鍛的技術關鍵是要求上下模座“過打靠”,這樣可以防止因設備彈性回讓造成的鍛件高度誤差。但當“過打靠”程度不足時,壓力機提供的打擊力會不夠;“過打靠”程度太大,壓力機就會悶車。所以,精鍛前,必先要標定壓力機的力能特性,再結合附加的力能測量系統,選擇合適的“過打靠”量,保證精鍛生產。
2 　大噸位熱模鍛壓力機力能特性標定的方法
對于小噸位的熱模鍛壓力機,進行其力能標定可以直接用力傳感器和位移傳感器。但對于大噸位的熱模鍛壓力機,要采用力傳感器標定就很困難了。因為2000kN 以上的力傳感器很少,即使能夠找到,
每只價格也在四五十萬元,而且,這樣的貴重精密儀器,還不能承受鍛壓設備因猛烈打擊造成的振動。
所以,對于大噸位熱模鍛壓力機,只能采用打擊油壓缸或打擊試塊的方法來進行標定。但用打擊油壓缸
的辦法不現實,例如,油缸驅動壓力如果按60MPa的高壓設計,要標定40 000kN 的打擊力,油缸直徑
得1m 左右,要加工這么大的一個高壓油缸,造價既昂貴又花工時,所以,標定大噸位鍛壓設備最經濟快
捷的辦法是打擊試樣法。但要準確快捷地實施該方法,必須徹底搞清楚一些基礎理論和掌握一些關鍵
技術。
     所謂打擊試樣標定設備力能特性的實質就是:通過在常規材料力學實驗機上,采用與正式標定時
相同或近似的條件下壓縮小圓柱試樣,得出被標定試樣材料的力—應變曲線(曲線下的面積對應標定用材料單位體積的應變形能) ,再在要標定的設備上把正式標準圓柱試樣(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定的力能大小) ,最后通過在應力(能) —應變曲線上查出對應變形的應力(單位體積的變形能) ,乘以正式試樣鐓粗后的面積(體積) ,便是所標設備這一次打擊完成的變形力(能) 。
      文獻[1～2 ]的研究和實踐表明,鐓粗試樣法標定鍛壓設備最佳的方案是:采用純銅試樣,試樣初始
高徑比為1. 5 ,變形程度小于50 %(純銅在良好潤滑條件下鐓粗至50 %時,流動應力約為50MPa ,0～50 %變形范圍內的平均流動應力約30MPa) 。有關標定的基本知識和計算也請參考這幾篇文獻,本文不再贅述。
3 　40000kN熱模鍛壓力機力能特性標定的特殊性和幾個關鍵技術
     打擊試樣法標定熱模鍛壓力機力(能) 特性時,操作者一定要充分地理解設備的特點,一定要清楚
如果試樣尺寸和數量設計不合理,不僅達不到標定設備的基本要求,還會出現“滑車”、“悶車”,一旦“悶車”,危害極大。如果操作者經驗不足、對標定理解不透或操作馬虎,很容易忽視以上幾點,造成難以估量的損失。眾所周知,熱模鍛壓力機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,要標定到40 000kN ,試樣面積要力爭大一些,但高度相應也增加,這時會出現變形載荷過早超過設備的力—位移曲線,造成離合器打滑或設備悶車。實際中可采用打擊多個試樣的辦法(相當于增加試樣面積) 來降低試樣高度,避免打擊力過載引起的離合器打滑(“滑車”) 。同時一定要保證每次打擊標定時,預計的試樣的變形抗力曲線必須在設備的打擊力—位移曲線以下(如圖1 所示) 。

圖1 　40000kN 熱模鍛壓力機打擊力與滑塊轉角關系

      大噸位熱模鍛壓力機力能特性標定時,這種協調往往比較困難。例如,選擇5 個<100 ×150 的純銅圓柱,可以打擊到40 000kN ,浪費這么多純銅姑且不說,關鍵是這么多試樣的變形能,已遠遠的超過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,會使設備嚴重悶車,只有切割模座,滑塊才能退回。出現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,就會造成能量過載。同樣,如果要保證打擊能量的標定,6 個<75 ×100 就可以打到500kN·m(50 %應變時每塊的變形能約83kN·m) ,但打擊力只有26 000kN ,達不到最大噸位。所以,不可能設計出一種試樣尺寸和數量,在一次打擊時,同時標定出設備的公稱力和能量,因而只能分開標定這兩個公稱值。
通過設計和實踐計算發現,使用鐓粗純銅試樣法要想直接標定出大噸位熱模鍛壓力機的公稱力是絕對做不到的。其原因就是,象上述計算一樣,無論如何設計試樣尺寸和數量,要標定公稱力的試樣吸收的能量總是大于設備的公稱能量(文獻[1 ]中標定了13000kN 熱模鍛壓力機,由于力和能量都較小,容
易協調,所以小噸位熱模鍛壓力機標定不會暴露這一問題) 。解決這些矛盾的簡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<75 ×100 純銅試樣標定熱模鍛壓力機能量,而用20 塊<40 ×40 的45號鋼試樣標定熱模鍛壓力機最大打擊力。雖然,此時材料和試樣尺寸并不符合文獻[1～2 ]所推薦的最佳條件,但是從鐓粗標定方法的基本原理上講,室溫下在一定的應變速率范圍內,流動應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,對于試樣高徑比、變形程度的要求,是沒有限制的,只要小試樣和大試樣相似,它們內部變形流動的特征就會完全一致,由小試樣應力應變推算的大試樣的載荷和變形能就不會產生誤差。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不會產生較大的側鼓度,否則會影響承壓面積的測量。所以,當采用高徑比小于1. 5、變形程度小于50 %的試樣時,不易出現鼓度,是更有利的。