一种大吨位三向模锻液压机

2020-03-18张海杰合肥合锻智能制造股份有限公司

锻造与冲压 2020年5期

文/张海杰·合肥合锻智能制造股份有限公司

本文介绍了大吨位三向模锻液压机研发的必要性，在分析现有生产工艺流程模式下管件生产设备不足的基础上阐述了使用大吨位三向模锻液压机的优势。随后介绍了大吨位三向模锻液压机设计的关键技术条件，包括主机参数特点及设计优化、液压系统设计等内容，该类型模锻成形液压机的设计成功极大地提高了生产效率和材料利用率，降低了工艺难度，为该生产工艺的广泛应用提供可能。

管件生产的传统工艺有两种，一种是采用铸造成形毛坯，然后机加工精修；另一种是采用锻造毛坯，然后机加工成形。铸造工艺存在材料铸造缺陷风险大、材料许用强度低、铸件生产过程效率低、污染大等问题；而锻造工艺也存在毛坯成本高、机加工时间长、效率低、材料利用率低等问题。

三向模锻工艺，也叫三向挤压工艺，是一种金属冷塑成形工艺，主要针对的是金属管类成形。普通模锻设备只能加工弯通、变径类型的薄壁、厚壁管件，三通、四通类型的管件依然只能使用传统工艺；三向模锻液压机（图1）在普通模锻设备的基础上进行重新设计，可以实现从三个方向同时施加挤压力，通过更换不同的模具和工装，对所有类型的管件均可一次性模锻成形，能够实现弯通、三通、四通、变径等所有管件接头的一体成形，使用三向模锻工艺即可完全替代管件生产的传统工艺。

三向模锻生产工艺

三向模锻工艺使用的原料为无缝管，强度、尺寸精度及表面质量均高于铸件，毛坯重量、单价小于锻件，且几乎不用预留加工余量。特别是薄壁管件的生产，以无缝管材为原料，采用挤压工艺能够极大地节约材料，同时保证薄壁件的强度和尺寸精度。模锻工艺不受材料限制，碳钢、合金钢、不锈钢、铝、铜等材料均可加工，适用范围广。目前三向模锻工艺主要使用聚氨酯橡胶做芯材（固体芯）或者使用超高压液体做芯材（液体芯）。固体芯前期试验芯棒尺寸费用较高，试验成功后使用费用低，适合大批量生产；液体芯没有试验费用，但因胀形液回收困难，污染较大，导致使用费用偏高，适合试验和小批量生产。四通管件三向模锻模具示意图见图2。

三向模锻生产工艺如下：管坯按尺寸下料（固体芯材挤压则要在下料后将橡胶芯棒装入管坯）→管坯放入下凹模内→上压头带动上模下行，合模并压紧→左、右压头带动左、右挤压杆同步向中心挤压（液体芯材挤压此时需充入超高压胀形液）→左、右压头带动挤压杆挤压到设定位置→左、右压头退回→上压头带动上模退回→取出成品（固体芯材挤压此时取出橡胶芯棒）→机加工切除余料。

三向模锻液压机的主要技术特点

设备台面较小，吨位大、载荷集中

由于管件成形的工艺基本为冷挤压，所需成形力较大，特别是对于较大尺寸的管件，因此三向模锻设备吨位普遍较大，超过80%的三向模锻设备合模及左右挤压力在20000kN以上，而模具尺寸相对所需模锻成形力较小，特别是左、右挤压杆的直径比油缸活塞杆直径要小的多，因此压头与模具接触面的应力会远大于普通设备的模具接触面应力，因此需要对压头的材料和结构进行重新计算和校核，压头材料需要保证在压头和挤压杆的接触面上不会被压溃，压头的结构需要保证把挤压力分散至整个活塞杆接触面上，以免造成油缸损坏。

左、右压头压制同步精度要求高

根据三向模锻的工艺要求，左、右压头压制过程中的位移需要保证同步，同步精度越高，压制出来的成品尺寸精度越高、缺陷风险越小，如果同步精度不够，会使成品产生褶皱、裂纹、壁厚不匀等缺陷，导致工件报废，严重时甚至会导致模具损坏。因此，三向模锻液压机左、右压头的同步精度直接关系到生产的产品质量和废品率，以及模具的寿命。

设备几何精度要求高

三向模锻液压机的上压头和工作台面间的平行度会影响合模后的模腔形状，如果平行度不够会导致合模不严，会导致压制的工件报废；左、右压头表面的平行度，压制过程中左、右压头运动轨迹的同轴度，压头运动轨迹对工作台面的平行度对于零件的成形质量和模具也会产生很大影响。如果精度不够，可能导致左、右挤压杆弯曲变形，损坏模具；对于液体模芯成形工艺来说还会影响密封，导致液体渗漏，使得成形不到位，工件报废。