自由鍛造液壓機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)分析

賈連哲

摘 要：鍛件是熱加工領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，是金屬材料的主要組成部分材料可鍛造，以提高其內(nèi)部質(zhì)量，工件形狀和綜合力學(xué)性能。鍛造能力強(qiáng)，鍛造工藝水平關(guān)系到一個(gè)國家工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科技的發(fā)展。隨著中國經(jīng)濟(jì)全球化步伐的加快，鍛造工業(yè)作為中國機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展?；诖?，本文主要對(duì)自由鍛造液壓機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：自由鍛造；液壓機(jī)；技術(shù)現(xiàn)狀；設(shè)計(jì)分析

1 前言

近些年來，隨著我國電力、能源、汽車、航空航天等行業(yè)的發(fā)展，鍛造行業(yè)發(fā)展迅猛，各類鍛件的需求急速增加。鍛造實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，向世界先進(jìn)水平靠攏已迫在眉睫，鍛造裝備的更新?lián)Q代也勢在必行。

2 鍛造油壓機(jī)的研發(fā)

以45000kN鍛造油壓機(jī)的研發(fā)過程為例，對(duì)鍛造油壓機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析。

2.1技術(shù)調(diào)訪及方案確定

通過對(duì)我國中小型鍛造廠鍛造工藝的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)需求最大的自由鍛造液壓機(jī)主要用于拉拔、鐓鍛、鉸孔、成形等鍛造工藝。操作機(jī)器通常是一種簡單、獨(dú)立的控制機(jī)器。另外，根據(jù)自由鍛壓的工藝特點(diǎn)、工作環(huán)境以及國內(nèi)現(xiàn)有鍛壓企業(yè)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)承載力，研制的液壓鍛壓機(jī)必須具備以下特點(diǎn)：主機(jī)剛性大。主機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮其抗卸載能力。因此，主機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均高于普通沖床。同時(shí)，考慮到鍛壓工作環(huán)境的惡劣條件，壓力機(jī)應(yīng)具有良好的抗碰撞能力。工作速度快，提升壓力快。俗話說“趁熱打鐵”，快速鍛造才能有效降低鍛造成本。鍛壓機(jī)操作安全可靠。特別是大噸位鍛造油壓機(jī)，如果設(shè)備故障率高，在加熱爐中鍛造時(shí)間長，造成能源浪費(fèi)。充分考慮了液壓油的隔爆問題。鍛壓機(jī)必須充分考慮安全問題，因?yàn)橛忘c(diǎn)低，如果不考慮安全問題，一旦火花出現(xiàn)，后果不堪設(shè)想?？紤]到中國中小型鍛造廠的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。設(shè)備配置要適中，影響設(shè)備運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵部件使用世界上最好的品牌產(chǎn)品。為了優(yōu)化設(shè)備的性價(jià)比，其他一些輔助部件盡可能多地在國內(nèi)制造。

根據(jù)上面的鍛造液壓機(jī)的特點(diǎn)，我們做自由鍛造液壓機(jī)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)備總體布局：電站、地面以上電控柜及主機(jī)隔離、主機(jī)與電站之間的操作臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)與地面。為了降低液壓系統(tǒng)的壓力損失，在設(shè)備頂部設(shè)置三級(jí)泄壓閥塊。液壓系統(tǒng)的其他控制閥和輔助裝置都在主油箱的頂部。配件：2路閥芯的先導(dǎo)控制閥為德國力士樂產(chǎn)品，密封元件為德國默克爾產(chǎn)品。電子控制PLC與日本歐姆龍產(chǎn)品。鍛壓設(shè)備主要參數(shù)的確定：盡量接近液壓機(jī)的幾何參數(shù)，以保證鍛壓機(jī)可以交替使用鍛件?？傊懺煲簤簷C(jī)研制的技術(shù)難點(diǎn)是主油缸快速卸壓，即三級(jí)卸壓系統(tǒng)和大型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.245000kN鍛造液壓機(jī)的設(shè)計(jì)說明

2.2.1主機(jī)部分

主機(jī)部分由機(jī)身、主油缸、充液裝置等組成。機(jī)身由上梁、下橫梁通過四根立柱、立柱鎖母形成受力框架。立柱與上梁、下橫梁之間采用工頻感應(yīng)加熱預(yù)緊法預(yù)緊?；瑝K依靠四根立柱作導(dǎo)向上下運(yùn)動(dòng)。上梁、滑塊、下橫梁為結(jié)構(gòu)件，材料采用Q235-A，拉壓應(yīng)力取值比普通壓機(jī)低20%左右。立柱采用45#鍛鋼，螺紋均采用45°鋸齒形螺紋，拉應(yīng)力取值比普通壓機(jī)低30%左右。主油缸采用三缸布置，中間缸為20000kN，兩側(cè)缸為12500kN，實(shí)現(xiàn)20000/45000kN兩級(jí)壓制。壓機(jī)所有油缸均采用柱塞式油缸結(jié)構(gòu)，缸體材料采用35#鍛鋼，應(yīng)力取值比普通壓機(jī)低20%。柱塞桿采用45#鍛鋼，表面中頻淬火，其硬度為HRC45～52。缸口導(dǎo)向套采用抗壓耐磨的ZQSn6-6-3青銅材料，密封圈采用德國MERKEL公司“V”型密封組件。

2.2.2移動(dòng)工作臺(tái)

移動(dòng)工作臺(tái)由工作臺(tái)板、防護(hù)拖板及驅(qū)動(dòng)油缸組成。工作臺(tái)板、防護(hù)拖板均為鑄鋼件ZG270-500，油缸與工作臺(tái)板聯(lián)接方式采用球面鉸接，工作臺(tái)板和防護(hù)拖板有足夠的剛度，既要抗一定的熱變形又要耐砸撞。

2.2.3液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)由油泵電機(jī)組、二通插裝閥、冷卻過濾、管路等組成，借助于電控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)壓機(jī)的各種工藝動(dòng)作。鍛造油壓機(jī)工作方式一般設(shè)有定壓控制和定程控制，動(dòng)作方式有調(diào)整動(dòng)作和手動(dòng)動(dòng)作。

（1）45000kN鍛造液壓機(jī)的主油泵電機(jī)組由三十臺(tái)250MCY14-1B定量軸向柱塞泵和三十臺(tái)Y315L1-6-B3電動(dòng)機(jī)組成，總排量為7500l/min，總電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為3300kW。泵頭控制閥塊安裝在油泵的出油口，以減少管路安裝和沿程壓力損失。

（2）二通插裝閥塊。為了便于維護(hù)，減少液壓系統(tǒng)不必要的壓力損失，合理布置液壓控制閥塊，按功能將其分為6個(gè)功能控制閥塊。出口泵頭控制閥塊。主油泵超壓保護(hù)，空載放油。延長主氣缸控制閥塊。主要完成了壓力分級(jí)控制和主油缸向下技術(shù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了快進(jìn)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換?；剞D(zhuǎn)主油缸控制閥塊。完成主油缸慢回、快回動(dòng)作轉(zhuǎn)換和回壓調(diào)整。主要是油缸三級(jí)泄壓閥塊。主要完成主油缸快速無沖擊壓力排放，在快速鍛造過程中完成主油缸油液快速排放?？刂崎y塊安裝在支架移動(dòng)臺(tái)上。完成移動(dòng)工作臺(tái)的工藝移動(dòng)及液壓鎖緊的控制。排放閥控制閥塊。完成灌裝閥的開啟和控制，配合主缸上的空腔控制閥塊，在噸位小時(shí)提高設(shè)備的工作速度。

（3）充液閥。灌裝閥采用2個(gè)Dg275和4個(gè)Dg200。灌裝閥的主要功能是吸收和排出主缸內(nèi)的油。當(dāng)滑塊快速向下移動(dòng)時(shí)，由于主缸上腔內(nèi)形成負(fù)壓，導(dǎo)致灌裝閥被吸開，灌裝缸內(nèi)大量的油被注入缸內(nèi)，以補(bǔ)充油量不足。當(dāng)滑塊進(jìn)入時(shí)，灌裝閥關(guān)閉，壓力油由主油泵供給油缸。當(dāng)滑塊返回時(shí)，打開灌裝閥，將油從鋼瓶中排放到灌裝罐中。需要注意的是，鍛壓機(jī)由于其速度快、滑塊工作頻率高，不適合在鍛壓機(jī)上使用。本機(jī)液壓灌裝閥僅適用于鍛壓機(jī)單獨(dú)使用。具有一定的剛性，對(duì)大閥芯的上下行程采用剛性限制。大閥芯的開啟由液壓缸控制。

（4）冷卻過濾系統(tǒng)。由于鍛造壓機(jī)工作環(huán)境差，設(shè)備使用頻率高，對(duì)工作介質(zhì)油溫控制很有必要，這樣不僅能大幅度地提高液壓系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，也能延長液壓元器件和密封元件的使用壽命。本機(jī)配有四組30m2的板式水冷機(jī)組，同時(shí)預(yù)留了多個(gè)可安裝強(qiáng)制冷機(jī)組的接口，以備用戶根據(jù)設(shè)備的使用情況增加制冷機(jī)組。同時(shí)本機(jī)還配有油液過濾系統(tǒng)，可對(duì)油液進(jìn)行定期過濾。

（5）管路。鍛造液壓機(jī)液壓系統(tǒng)內(nèi)部液壓沖擊非常大。因此，管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也很重要。一般管內(nèi)流速取值不大于5mm/s，管夾分布應(yīng)合理，盡量不使用高壓軟管，各連接法蘭由平面徑向密封，改成圓柱面軸向密封，同時(shí)要考慮充液箱快速排油，方便維修等，盡可能減小管路的長度和彎管數(shù)量。

2.2.4電控系統(tǒng)

本機(jī)電氣控制系統(tǒng)分為動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分。

電源部分包括控制電源、各電機(jī)的啟停和保護(hù)開關(guān)。大電機(jī)啟動(dòng)降壓，電源為三相四線AC380V、50Hz?？刂撇糠职刂葡?、操作平臺(tái)、控制箱安裝PLC可編程控制系統(tǒng)，可以完全控制媒體的所有的行動(dòng)，主要的工作站可以完成所有操作機(jī)器的操作，操作面板配備處理、各種操作按鈕，顯示的壓力，各種報(bào)警指示器，突然的停止按鈕，等。此外，在鍛壓機(jī)潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安全保護(hù)中充分考慮了鍛壓機(jī)的特點(diǎn)和工作環(huán)境。

3 結(jié)語

總之，隨著鍛造行業(yè)的快速發(fā)展，一些先進(jìn)的控制技術(shù)和控制元件的出現(xiàn)以及可靠的應(yīng)用，中國的鍛造設(shè)備將逐步接近國際先進(jìn)水平。我們真誠地希望中國的鍛造行業(yè)蓬勃發(fā)展。我們希望為中國鍛造行業(yè)服務(wù)的鍛造設(shè)備制造商繼續(xù)努力，努力為行業(yè)提供最好、最先進(jìn)的鍛造設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

[1]王仲仁，皇甫驊，辛宗仁，等.鍛造.鍛壓手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]俞新陸，何德譽(yù)，等.鍛壓車間設(shè)備.鍛壓手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

（作者單位：太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司）