水平鍛造液壓機

裴志強，徐宇瑾

(1．金屬擠壓與鍛造裝備技術國家重點實驗室，陜西 西安 710032;2．首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司，貴州 貴陽 550005)

0 前言

水平鍛造簡稱平鍛，是通過局部聚料 (常常是端部聚料)方式生產特殊軸類鍛件的一種特殊模鍛工藝。這種工藝只能在水平鍛造設備上進行。機械平鍛機作為常規的平鍛設備早已廣泛使用。然而，由于結構限制，一臺確定的機械平鍛機其夾緊行程、水平鍛造行程、夾緊力和水平鍛造力這些主要參數基本都是確定的，難以調整，工藝的適用范圍受到限制，尤其當發生意外，比如燜車時，很難處理。同時，由于其結構復雜，尤其傳動系統結構復雜，設備造價高，維護難度大。

隨著液壓技術的快速發展，結構相對簡單的液壓機在鍛壓行業得到越來越廣泛的應用。研發出能夠克服機械平鍛機上述缺陷的液壓傳動的平鍛機就有了實際的工程需要。本文就是根據這種需要，研制出一種新型的水平鍛造設備－水平鍛造液壓機。

1 水平鍛造液壓機的結構

1.1 總體結構

水平鍛造液壓機 (以下簡稱平鍛液壓機)由一臺具有整體閉式框架的垂直液壓機和一臺組合框架的水平液壓機有機組合而成。垂直液壓機用于對鍛坯夾緊，水平液壓機用于對鍛坯實施鍛造。具有兩個相互垂直的分模面，主分模面在凸模 (沖頭)和凹模之間，第二分模面即凹模分模面，與水平面平行，為水平分模，在分成上下兩個半模的凹摸之間。下模安裝在與垂直框架連接的下模座內，上模安裝在與垂直動梁連接的上模座內。凸模 (沖頭)安裝在與水平動梁連接的沖頭座內。垂直壓機本體為整體焊接 (或整體鑄造，或組合預緊)框架結構;水平壓機為組合預緊框架結構。

見附圖1。

產品規格:直徑/壁厚 φ48.26～φ127 mm/4.85～9.19 mm

圖1 水平鍛造液壓機Fig.1 Diagram of horizontal forging hydraulic press

1.2 組成部件及其結構

平鍛液壓機由一臺垂直壓機和一臺水平壓機組合而成。其中垂直壓機由垂直整體焊接(或整體鑄造，或組合預緊)框架1、主柱塞2、兩個側缸3、垂直動梁4、模座5等組成，水平壓機由沖頭座6、水平拉桿7、水平動梁及其導向裝置8、水平油缸9、后梁10等組成，還有運動檢測裝置11及其他零部件。

垂直壓機可采用三缸結構和單缸結構兩種型式。采用三缸結構時，中間缸為柱塞缸，主柱塞與垂直動梁相連接，兩個側缸為活塞缸，安裝在框架上柱塞缸的前后兩側。采用單缸結構時，主缸應為活塞缸。在垂直整體焊接框架的前后內表面裝有垂直動梁的運動導向板。

水平壓機亦可按其公稱噸位設計成三缸結構或單缸結構，安裝在后梁上。后梁通過四根拉桿及其相配的螺母與垂直整體焊接框架的后立柱部位組成一個整體預緊框架。水平缸 (組)驅動水平動梁運動實現水平鍛造。在水平動梁上裝有沖頭座。四根水平拉桿同時兼做水平壓機活動橫梁的運動導向桿，在水平動梁上設有導向調節裝置，可調整凸模 (沖頭)的運動精度，保證沖頭行程路線和模腔的平行度。

上、下凹模分別通過螺釘、壓板等安裝在上、下模座內，凸模(沖頭)通過特制螺紋安裝在沖頭座上。

框架的坯料輸入輸出部位設計有矩形孔，是坯料輸入輸出模具的通道。同時還兼做鍛造之后的上模脫模裝置。

1.3 液壓傳動及控制系統

(1)采用油泵直接傳動，按設備工作壓力和速度要求配置適當數量的定量泵和比例變量泵，采用的定量泵和變量泵流量組合的方式實現鍛造速度的無級調整和空程快速動作，加厚過程中模具的夾緊保壓采用單獨的恒壓變量泵，以保持足夠的夾緊力。

(2)設有壓力傳感器，夾緊壓力和水平鍛造壓力可根據不同產品的工藝需要通過比例壓力閥設定并實時控制。

(3)設有速度及位移傳感器，夾緊動梁和水平鍛造動梁的位置和運行速度可根據工藝需要通過比例流量閥設定并實時控制。

1.4 電氣控制系統

電氣控制系統可實現:

(1)對夾緊動梁和水平鍛造動梁的運動和速度、以及液壓系統動作實施控制;

(2)實現調整、手動、半自動和自動四種工作制度。

主要特點:

(1)水平鍛造過程以水平動梁壓力控制為主，行程控制為輔。采用壓力傳感器實時檢測鍛造壓力，在操作臺實時數字顯示，以便監控;

(2)水平鍛造動梁行程檢測采用外置式高精度位移傳感器，連續輸出位移和速度兩個模擬量，控制位置在操作臺上設定，極限位置設保護檢測開關;

(3)水平鍛造速度在工藝規定的范圍內無級可調，可根據不同產品的工藝要求進行調整;

(4)夾緊動梁以夾緊壓力控制為主，行程控制為輔。采用壓力傳感器實時檢測夾緊壓力，在操作臺實時數字顯示，以便監控;

(5)夾緊動梁位置、水平動梁位置均有行程檢測，可實現速度變化時的控制切換和保護。

2 結構特點與分析

(1)本文設計出的平鍛液壓機是一種水平分模平鍛機，占地面積較小，便于在設備附近布置加熱爐及其他輔助設備。

(2)水平動梁的設計避免了凸模與水平工作主油缸直接連接，降低了主要零部件損壞的風險。

(3)水平動梁和夾緊動梁均設有較長的平面導向機構，保證了夾緊機構和水平鍛造機構均可承受偏載的需要，可滿足工藝上多模膛鍛造的需要。

(4)夾緊力、水平鍛造力可分別設定和控制，可滿足多種工藝不同的需要。

(5)夾緊行程和速度可分別設定和控制，可滿足多種工藝不同的需要。

(6)水平鍛造行程和速度可分別設定和控制，可滿足多種工藝不同的需要。

(7)夾緊動梁和水平動梁可在人工干預下在任何位置卸載和回程，避免了燜車的可能。

3 工藝適應性

由于液壓機的機構特點，本設計的平鍛液壓機適合于各種平鍛成形生產，可按具體的生產綱領設計成多種形式。

(1)平鍛液壓機的主要設備參數均為獨立變量，沒有相互依從關系，可按產品的實際工藝需要而靈活設計，擴大了此類設備的工藝適應性。

(2)對于給定的平鍛液壓機，其主要設備參數均為獨立變量，可按待生產產品的實際工藝需要靈活控制各個滑塊 (動梁)的壓力、行程和運行速度，擴大了該設備的工藝適應性。

(3)平鍛液壓機即可作為單機用于生產相應的水平鍛造產品，還可作為主機構成各類水平鍛造生產線，大批量高效生產平鍛產品。

(4)由于平鍛液壓機的上述結構及控制特點，平鍛液壓機實際上可按最經濟的原則設定其生產工藝過程，是一種節能環保的新型鍛壓設備。

4 應用實例

本設計的水平鍛造液壓機作為主體設備的非開挖鉆桿管端加厚生產線，已于2005年在某鋼廠投入生產。該生產線選用一臺平鍛液壓機為主機 (其夾緊力8 MN，水平鍛造力4 MN)，一組感應加熱爐 (帶有三個感應加熱爐膛)，配備上料機構，出料機構、工位間鋼管運輸機構、模具冷卻潤滑裝置等輔助設備。其輔助設備按非開挖加厚鉆桿的特殊需要設計，兼顧了其他產品的工藝需要，具有完善的液壓控制系統、電氣控制系統和自動潤滑系統。

該生產線可對直徑 (φ48.26～φ127)mm×壁厚 (4.85～9.19)mm×鉆桿成品長 (2500～10000)mm的普通鋼管由上料臺架到出料臺架之間的自動運送、自動加熱、自動加厚、自動送入儲料筐，生產線設備在人工啟動、“自動”工作程序后能夠做到無故障自動連續運行，缺料狀態或故障狀態自動停機。

該生產線是第一條以生產非開挖加厚鉆桿為主要產品的生產線，在國際上首次實現了對長度為2500～10000 mm的鋼管自動進行加厚，長度不足2500 mm的鉆桿在人工連接加長管之后也可實現自動加厚。已相繼成功進行了不同規格、不同長度鋼管的端部進行加厚，設備運轉平穩，能夠穩定地自動連續生產高質量的加厚鋼管，產品質量合格率達98%以上。由于具有結構和能力優勢，該鋼廠利用該生產線成功開發出了多種新型管端加厚產品。

［1］ 裴志強，權曉惠．國內首條非開挖鉆桿加厚生產線［A］．第二屆寶鋼學術年會論文集 (第二分冊) ［C］．上海:上海科學技術文獻出版社，2006:232－236．

［2］ 裴志強，權曉惠．石油鉆桿管端加厚工藝過程設計與試驗 ［J］．鋼管，2002(4):17－21．

［3］ 中國機械工程學會塑性工程學會編．鍛壓手冊第三卷－鍛壓車間設備 (3版) ［M］．北京:機械工業出版社，2007．

［4］ 曹鋒，郭粉轉，衛棟等，鉆桿加厚部部缺陷分析及檢測設備研究［J］石油礦場機械，2011(8)．