熱模鍛壓力機的創新開發

文／潘小飛，李朝金，熊武·武漢重工鑄鍛有限責任公司

武漢重工秉承“創建國內領先、國際一流的重工企業”愿景，為開拓“曲柄滑塊結構”熱模鍛壓力機應用領域，形成產業效應，自2018 年始，依托材料科學和全產業鏈制造的優勢，積極進行技術調研，聯合科研院所和行業內著名專業學者的力量，積極打造以熱模鍛壓力機為代表的武漢重工非標成套設備品牌，在較小型號1350t 熱模鍛壓力機市場開發的基礎上，陸續研發了1600t、2000t、2500t、3150t、5000t、6000t(圖1)等多個型號熱模鍛壓力機，并成功量產投入市場，設備性能良好，使用效果獲得用戶好評。

圖1 6000t 熱模鍛壓力機

6000t 熱模鍛壓力機創新點

封閉高度調整機構

熱模鍛壓力機主要結構一般包含機身、主傳動、曲柄滑塊、封閉高度調整、平衡器、離合器、制動器、上/下頂料等。其中封閉高度調整機構是壓力機中的關鍵機構，直接影響鍛造產品的精度和避免壓力機悶車后傳動機構的損壞。通過三維設計校核計算和樣機驗證，最終采用機械傳動和液壓過載保護相結合的調節結構，此結構既能精確調整封閉高度，防止傳動機構在設備工作時受振動偏移，同時也能通過程序控制設定過載值防止壓力機損壞，能有效避免壓力機故障，見圖2。

圖2 機、液結合封高調整及解悶車結構示意圖

離合器、制動器花盤與偏心軸采用機械脹緊和液壓脹緊連接

傳統熱模鍛壓力機主傳動機構中離合器花盤、制動器花盤與偏心軸的連接一般采用鍵連接定位，在長期使用后因鍵磨損及鍵槽應力集中容易導致配合部位損壞，致使設備停產維修；武漢重工取長補短，優化設計，采用機械脹緊和液壓脹緊相結合的方式替代傳統鍵連接結構，見圖3，并最終獲得成功；此種方式在制造、安裝以及維修保養方面均更為方便快捷。

圖3 采用脹緊套緊固的制動器、離合器花盤結構示意圖

偏心軸采用合金材料

大型壓力機多數采用二級傳動結構，此傳動方式在壓力過載后飛輪的蓄能對設備有一定的沖擊，容易導致設備損壞，為減少此種沖擊設計了飛輪制動器，在緊急情況下可通過程序控制對飛輪進行緊急制動，可減少一定的沖擊，但受沖擊力最大的部件仍為主傳動偏心軸；同時，由于壓力機的結構原理，離合器花盤帶動偏心軸高速旋轉，而制動器花盤使旋轉的偏心軸突然停止，偏心軸所受扭矩極大，一旦損壞，更換周期長達4 ～6 月，極大影響生產效率；為保證設備機械結構的穩定，作為核心部件的偏心軸的選材與制造非常關鍵。

武漢重工結合自身材料科學方面技術優勢，研究優選長效疲勞的合金材料來替代傳統偏心軸材料，通過長期試驗與對比，最終選用了一種性能更優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，可提高材料強度，并且含有Ni 元素，可提高材料的強度與韌性，該材料抗拉強度、屈服強度與沖擊韌性均較42CrMo4 更優，此合金材料能更好的承受壓力機在運行過程中的沖擊力與扭矩。

離合器、制動器花盤采用合金鍛件

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

圖4 特選合金制動器、離合器花盤結構示意圖

材料的選取是核心，而鍛件的質量為關鍵。為保證鍛件的質量，其生產工藝必須嚴格把關，而武漢重工集煉鋼、鍛造、熱處理、機加工于一體，擁有豐富的各種合金鍛件的生產經驗，針對偏心軸及花盤零件的優選合金材料，通過煉鋼(化學分析)→鍛造→鍛后(擴氫、球化)退火→粗加工→超聲波探傷→性能熱處理→機械性能試驗→超聲波探傷→精加工→磁粉探傷的標準化生產路線，輔以特定的工藝參數，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到最理想的使用效果。

優選材料之后的偏心軸與花盤經過多年生產運用，并與采用傳統材料的設備對比，顯著降低了偏心軸與花盤因疲勞產生的損傷，降低了設備故障率，保障了設備的生產運行。武漢重工深知質量是產品第一生命，為更好的切入市場，制造的熱模鍛壓力機需結合經濟性和質量性，通過分析熱模鍛壓力機的工作情況，結合相關軟件，對相關模型進行有限元建模加載，進行設備強度及剛度校核，以及模態分析，對結構改進減重并優化薄弱環節，有效降低制造成本的同時保證了優良的品質。

結束語

“五年磨一劍”，2018 年以來武漢重工人腳踏實地，銳意進取，在摸索的同時不斷創新，全面對標各類型壓力機結構優缺點，取長補短，積累經驗，形成自己的獨特壓力機結構與材料選型技術，目前已授權壓力機各類專利20 余項，擁有全套設備的自主知識產權；并運用系列技術，由1350t 推廣至1600 ～6000t 各類型熱模鍛壓力機，產品制造選型系列化，截止日前，共生產各類型壓力機50 余臺(套)交付市場，獲得市場認可。

武漢重工踐行“厚德、誠信、創新、致遠”核心價值觀，上下同心，踔厲奮發，在非標成套設備領域不斷地追求、探索，奮力打造“武漢重工”熱模鍛壓力機優秀品牌。