熱模鍛壓力機(jī)的創(chuàng)新開發(fā)

文／潘小飛，李朝金，熊武·武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司

武漢重工秉承“創(chuàng)建國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的重工企業(yè)”愿景，為開拓“曲柄滑塊結(jié)構(gòu)”熱模鍛壓力機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，形成產(chǎn)業(yè)效應(yīng)，自2018 年始，依托材料科學(xué)和全產(chǎn)業(yè)鏈制造的優(yōu)勢(shì)，積極進(jìn)行技術(shù)調(diào)研，聯(lián)合科研院所和行業(yè)內(nèi)著名專業(yè)學(xué)者的力量，積極打造以熱模鍛壓力機(jī)為代表的武漢重工非標(biāo)成套設(shè)備品牌，在較小型號(hào)1350t 熱模鍛壓力機(jī)市場(chǎng)開發(fā)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)研發(fā)了1600t、2000t、2500t、3150t、5000t、6000t(圖1)等多個(gè)型號(hào)熱模鍛壓力機(jī)，并成功量產(chǎn)投入市場(chǎng)，設(shè)備性能良好，使用效果獲得用戶好評(píng)。

圖1 6000t 熱模鍛壓力機(jī)

6000t 熱模鍛壓力機(jī)創(chuàng)新點(diǎn)

封閉高度調(diào)整機(jī)構(gòu)

熱模鍛壓力機(jī)主要結(jié)構(gòu)一般包含機(jī)身、主傳動(dòng)、曲柄滑塊、封閉高度調(diào)整、平衡器、離合器、制動(dòng)器、上/下頂料等。其中封閉高度調(diào)整機(jī)構(gòu)是壓力機(jī)中的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，直接影響鍛造產(chǎn)品的精度和避免壓力機(jī)悶車后傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損壞。通過(guò)三維設(shè)計(jì)校核計(jì)算和樣機(jī)驗(yàn)證，最終采用機(jī)械傳動(dòng)和液壓過(guò)載保護(hù)相結(jié)合的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)既能精確調(diào)整封閉高度，防止傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)備工作時(shí)受振動(dòng)偏移，同時(shí)也能通過(guò)程序控制設(shè)定過(guò)載值防止壓力機(jī)損壞，能有效避免壓力機(jī)故障，見圖2。

圖2 機(jī)、液結(jié)合封高調(diào)整及解悶車結(jié)構(gòu)示意圖

離合器、制動(dòng)器花盤與偏心軸采用機(jī)械脹緊和液壓脹緊連接

傳統(tǒng)熱模鍛壓力機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中離合器花盤、制動(dòng)器花盤與偏心軸的連接一般采用鍵連接定位，在長(zhǎng)期使用后因鍵磨損及鍵槽應(yīng)力集中容易導(dǎo)致配合部位損壞，致使設(shè)備停產(chǎn)維修；武漢重工取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用機(jī)械脹緊和液壓脹緊相結(jié)合的方式替代傳統(tǒng)鍵連接結(jié)構(gòu)，見圖3，并最終獲得成功；此種方式在制造、安裝以及維修保養(yǎng)方面均更為方便快捷。

圖3 采用脹緊套緊固的制動(dòng)器、離合器花盤結(jié)構(gòu)示意圖

偏心軸采用合金材料

大型壓力機(jī)多數(shù)采用二級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，此傳動(dòng)方式在壓力過(guò)載后飛輪的蓄能對(duì)設(shè)備有一定的沖擊，容易導(dǎo)致設(shè)備損壞，為減少此種沖擊設(shè)計(jì)了飛輪制動(dòng)器，在緊急情況下可通過(guò)程序控制對(duì)飛輪進(jìn)行緊急制動(dòng)，可減少一定的沖擊，但受沖擊力最大的部件仍為主傳動(dòng)偏心軸；同時(shí)，由于壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，離合器花盤帶動(dòng)偏心軸高速旋轉(zhuǎn)，而制動(dòng)器花盤使旋轉(zhuǎn)的偏心軸突然停止，偏心軸所受扭矩極大，一旦損壞，更換周期長(zhǎng)達(dá)4 ～6 月，極大影響生產(chǎn)效率；為保證設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，作為核心部件的偏心軸的選材與制造非常關(guān)鍵。

武漢重工結(jié)合自身材料科學(xué)方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研究?jī)?yōu)選長(zhǎng)效疲勞的合金材料來(lái)替代傳統(tǒng)偏心軸材料，通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)與對(duì)比，最終選用了一種性能更優(yōu)的合金材料替代了常用的42CrMo4 材料，此種材料中Cr 元素含量更高，可提高材料強(qiáng)度，并且含有Ni 元素，可提高材料的強(qiáng)度與韌性，該材料抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度與沖擊韌性均較42CrMo4 更優(yōu)，此合金材料能更好的承受壓力機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的沖擊力與扭矩。

離合器、制動(dòng)器花盤采用合金鍛件

同時(shí)，離合器花盤與制動(dòng)器花盤作為主要受扭的部件，屬于大直徑凹型薄壁鑄件，傳統(tǒng)壓力機(jī)均采用鑄鋼件，在鑄造中薄壁及直角彎曲部分容易產(chǎn)生砂眼或裂紋，在長(zhǎng)期扭矩作用下較容易產(chǎn)生疲勞損傷，致使設(shè)備故障。同樣，武漢重工發(fā)揮自身材料科學(xué)方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用合金鍛件材料(圖4)替代傳統(tǒng)的ZG35Mn 材料，合金鍛件組織較鑄鋼件更致密，機(jī)械性能更優(yōu)，可極大保障離合器花盤與制動(dòng)器花盤的使用壽命，減少設(shè)備故障率。

圖4 特選合金制動(dòng)器、離合器花盤結(jié)構(gòu)示意圖

材料的選取是核心，而鍛件的質(zhì)量為關(guān)鍵。為保證鍛件的質(zhì)量，其生產(chǎn)工藝必須嚴(yán)格把關(guān)，而武漢重工集煉鋼、鍛造、熱處理、機(jī)加工于一體，擁有豐富的各種合金鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)偏心軸及花盤零件的優(yōu)選合金材料，通過(guò)煉鋼(化學(xué)分析)→鍛造→鍛后(擴(kuò)氫、球化)退火→粗加工→超聲波探傷→性能熱處理→機(jī)械性能試驗(yàn)→超聲波探傷→精加工→磁粉探傷的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)路線，輔以特定的工藝參數(shù)，能有效控制各種合金材料的組織與性能，保證所選合金材料達(dá)到最理想的使用效果。

優(yōu)選材料之后的偏心軸與花盤經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)運(yùn)用，并與采用傳統(tǒng)材料的設(shè)備對(duì)比，顯著降低了偏心軸與花盤因疲勞產(chǎn)生的損傷，降低了設(shè)備故障率，保障了設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行。武漢重工深知質(zhì)量是產(chǎn)品第一生命，為更好的切入市場(chǎng)，制造的熱模鍛壓力機(jī)需結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量性，通過(guò)分析熱模鍛壓力機(jī)的工作情況，結(jié)合相關(guān)軟件，對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行有限元建模加載，進(jìn)行設(shè)備強(qiáng)度及剛度校核，以及模態(tài)分析，對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)減重并優(yōu)化薄弱環(huán)節(jié)，有效降低制造成本的同時(shí)保證了優(yōu)良的品質(zhì)。

結(jié)束語(yǔ)

“五年磨一劍”，2018 年以來(lái)武漢重工人腳踏實(shí)地，銳意進(jìn)取，在摸索的同時(shí)不斷創(chuàng)新，全面對(duì)標(biāo)各類型壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，積累經(jīng)驗(yàn)，形成自己的獨(dú)特壓力機(jī)結(jié)構(gòu)與材料選型技術(shù)，目前已授權(quán)壓力機(jī)各類專利20 余項(xiàng)，擁有全套設(shè)備的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；并運(yùn)用系列技術(shù)，由1350t 推廣至1600 ～6000t 各類型熱模鍛壓力機(jī)，產(chǎn)品制造選型系列化，截止日前，共生產(chǎn)各類型壓力機(jī)50 余臺(tái)(套)交付市場(chǎng)，獲得市場(chǎng)認(rèn)可。

武漢重工踐行“厚德、誠(chéng)信、創(chuàng)新、致遠(yuǎn)”核心價(jià)值觀，上下同心，踔厲奮發(fā)，在非標(biāo)成套設(shè)備領(lǐng)域不斷地追求、探索，奮力打造“武漢重工”熱模鍛壓力機(jī)優(yōu)秀品牌。