自由鍛造液壓機的技術現狀及設計分析

賈連哲

摘 要：鍛件是熱加工領域的基礎技術，是金屬材料的主要組成部分材料可鍛造，以提高其內部質量，工件形狀和綜合力學性能。鍛造能力強，鍛造工藝水平關系到一個國家工業、農業、國防和科技的發展。隨著中國經濟全球化步伐的加快，鍛造工業作為中國機械制造業的基礎產業迅速發展。基于此，本文主要對自由鍛造液壓機的技術現狀及設計進行分析探討。

關鍵詞：自由鍛造；液壓機；技術現狀；設計分析

1 前言

近些年來，隨著我國電力、能源、汽車、航空航天等行業的發展，鍛造行業發展迅猛，各類鍛件的需求急速增加。鍛造實現機械化和自動化，向世界先進水平靠攏已迫在眉睫，鍛造裝備的更新換代也勢在必行。

2 鍛造油壓機的研發

以45000kN鍛造油壓機的研發過程為例，對鍛造油壓機的結構、控制特點進行綜合分析。

2.1技術調訪及方案確定

通過對我國中小型鍛造廠鍛造工藝的調查，發現國內需求最大的自由鍛造液壓機主要用于拉拔、鐓鍛、鉸孔、成形等鍛造工藝。操作機器通常是一種簡單、獨立的控制機器。另外，根據自由鍛壓的工藝特點、工作環境以及國內現有鍛壓企業的技術水平和經濟承載力，研制的液壓鍛壓機必須具備以下特點：主機剛性大。主機的設計應充分考慮其抗卸載能力。因此，主機結構的強度和剛度均高于普通沖床。同時，考慮到鍛壓工作環境的惡劣條件，壓力機應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。鍛壓機操作安全可靠。特別是大噸位鍛造油壓機，如果設備故障率高，在加熱爐中鍛造時間長，造成能源浪費。充分考慮了液壓油的隔爆問題。鍛壓機必須充分考慮安全問題，因為油點低，如果不考慮安全問題，一旦火花出現，后果不堪設想。考慮到中國中小型鍛造廠的經濟實力。設備配置要適中，影響設備運行可靠性的關鍵部件使用世界上最好的品牌產品。為了優化設備的性價比，其他一些輔助部件盡可能多地在國內制造。

根據上面的鍛造液壓機的特點，我們做自由鍛造液壓機的設計方案。設備總體布局：電站、地面以上電控柜及主機隔離、主機與電站之間的操作臺、移動臺與地面。為了降低液壓系統的壓力損失，在設備頂部設置三級泄壓閥塊。液壓系統的其他控制閥和輔助裝置都在主油箱的頂部。配件：2路閥芯的先導控制閥為德國力士樂產品，密封元件為德國默克爾產品。電子控制PLC與日本歐姆龍產品。鍛壓設備主要參數的確定：盡量接近液壓機的幾何參數，以保證鍛壓機可以交替使用鍛件。總之，鍛造液壓機研制的技術難點是主油缸快速卸壓，即三級卸壓系統和大型零部件的結構設計。

2.245000kN鍛造液壓機的設計說明

2.2.1主機部分

主機部分由機身、主油缸、充液裝置等組成。機身由上梁、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加熱預緊法預緊。滑塊依靠四根立柱作導向上下運動。上梁、滑塊、下橫梁為結構件，材料采用Q235-A，拉壓應力取值比普通壓機低20%左右。立柱采用45#鍛鋼，螺紋均采用45°鋸齒形螺紋，拉應力取值比普通壓機低30%左右。主油缸采用三缸布置，中間缸為20000kN，兩側缸為12500kN，實現20000/45000kN兩級壓制。壓機所有油缸均采用柱塞式油缸結構，缸體材料采用35#鍛鋼，應力取值比普通壓機低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移動工作臺

移動工作臺由工作臺板、防護拖板及驅動油缸組成。工作臺板、防護拖板均為鑄鋼件ZG270-500，油缸與工作臺板聯接方式采用球面鉸接，工作臺板和防護拖板有足夠的剛度，既要抗一定的熱變形又要耐砸撞。

2.2.3液壓控制系統

液壓控制系統由油泵電機組、二通插裝閥、冷卻過濾、管路等組成，借助于電控系統來實現壓機的各種工藝動作。鍛造油壓機工作方式一般設有定壓控制和定程控制，動作方式有調整動作和手動動作。

（1）45000kN鍛造液壓機的主油泵電機組由三十臺250MCY14-1B定量軸向柱塞泵和三十臺Y315L1-6-B3電動機組成，總排量為7500l/min，總電機驅動功率為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，減少液壓系統不必要的壓力損失，合理布置液壓控制閥塊，按功能將其分為6個功能控制閥塊。出口泵頭控制閥塊。主油泵超壓保護，空載放油。延長主氣缸控制閥塊。主要完成了壓力分級控制和主油缸向下技術動作，實現了快進和動態轉換。回轉主油缸控制閥塊。完成主油缸慢回、快回動作轉換和回壓調整。主要是油缸三級泄壓閥塊。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。控制閥塊安裝在支架移動臺上。完成移動工作臺的工藝移動及液壓鎖緊的控制。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，在噸位小時提高設備的工作速度。

（3）充液閥。灌裝閥采用2個Dg275和4個Dg200。灌裝閥的主要功能是吸收和排出主缸內的油。當滑塊快速向下移動時，由于主缸上腔內形成負壓，導致灌裝閥被吸開，灌裝缸內大量的油被注入缸內，以補充油量不足。當滑塊進入時，灌裝閥關閉，壓力油由主油泵供給油缸。當滑塊返回時，打開灌裝閥，將油從鋼瓶中排放到灌裝罐中。需要注意的是，鍛壓機由于其速度快、滑塊工作頻率高，不適合在鍛壓機上使用。本機液壓灌裝閥僅適用于鍛壓機單獨使用。具有一定的剛性，對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。由于鍛造壓機工作環境差，設備使用頻率高，對工作介質油溫控制很有必要，這樣不僅能大幅度地提高液壓系統運行的可靠性，也能延長液壓元器件和密封元件的使用壽命。本機配有四組30m2的板式水冷機組，同時預留了多個可安裝強制冷機組的接口，以備用戶根據設備的使用情況增加制冷機組。同時本機還配有油液過濾系統，可對油液進行定期過濾。

（5）管路。鍛造液壓機液壓系統內部液壓沖擊非常大。因此，管路系統的設計也很重要。一般管內流速取值不大于5mm/s，管夾分布應合理，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量。

2.2.4電控系統

本機電氣控制系統分為動力系統和控制系統兩部分。

電源部分包括控制電源、各電機的啟停和保護開關。大電機啟動降壓，電源為三相四線AC380V、50Hz。控制部分包括控制箱、操作平臺、控制箱安裝PLC可編程控制系統，可以完全控制媒體的所有的行動，主要的工作站可以完成所有操作機器的操作，操作面板配備處理、各種操作按鈕，顯示的壓力，各種報警指示器，突然的停止按鈕，等。此外，在鍛壓機潤滑系統設計和安全保護中充分考慮了鍛壓機的特點和工作環境。

3 結語

總之，隨著鍛造行業的快速發展，一些先進的控制技術和控制元件的出現以及可靠的應用，中國的鍛造設備將逐步接近國際先進水平。我們真誠地希望中國的鍛造行業蓬勃發展。我們希望為中國鍛造行業服務的鍛造設備制造商繼續努力，努力為行業提供最好、最先進的鍛造設備。

參考文獻

[1]王仲仁，皇甫驊，辛宗仁，等.鍛造.鍛壓手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]俞新陸，何德譽，等.鍛壓車間設備.鍛壓手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

（作者單位：太重（天津）濱海重型機械有限公司）