裴志強(qiáng)，徐宇瑾

(1．金屬擠壓與鍛造裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710032;2．首鋼貴陽(yáng)特殊鋼有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550005)

0 前言

水平鍛造簡(jiǎn)稱平鍛，是通過(guò)局部聚料 (常常是端部聚料)方式生產(chǎn)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(shè)備上進(jìn)行。機(jī)械平鍛機(jī)作為常規(guī)的平鍛設(shè)備早已廣泛使用。然而，由于結(jié)構(gòu)限制，一臺(tái)確定的機(jī)械平鍛機(jī)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(shù)基本都是確定的，難以調(diào)整，工藝的適用范圍受到限制，尤其當(dāng)發(fā)生意外，比如燜車時(shí)，很難處理。同時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)高，維護(hù)難度大。

隨著液壓技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的液壓機(jī)在鍛壓行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。研發(fā)出能夠克服機(jī)械平鍛機(jī)上述缺陷的液壓傳動(dòng)的平鍛機(jī)就有了實(shí)際的工程需要。本文就是根據(jù)這種需要，研制出一種新型的水平鍛造設(shè)備－水平鍛造液壓機(jī)。

1 水平鍛造液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

水平鍛造液壓機(jī) (以下簡(jiǎn)稱平鍛液壓機(jī))由一臺(tái)具有整體閉式框架的垂直液壓機(jī)和一臺(tái)組合框架的水平液壓機(jī)有機(jī)組合而成。垂直液壓機(jī)用于對(duì)鍛坯夾緊，水平液壓機(jī)用于對(duì)鍛坯實(shí)施鍛造。具有兩個(gè)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(gè)半模的凹摸之間。下模安裝在與垂直框架連接的下模座內(nèi)，上模安裝在與垂直動(dòng)梁連接的上模座內(nèi)。凸模 (沖頭)安裝在與水平動(dòng)梁連接的沖頭座內(nèi)。垂直壓機(jī)本體為整體焊接 (或整體鑄造，或組合預(yù)緊)框架結(jié)構(gòu);水平壓機(jī)為組合預(yù)緊框架結(jié)構(gòu)。

見附圖1。

產(chǎn)品規(guī)格:直徑/壁厚 φ48.26～φ127 mm/4.85～9.19 mm

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

1.2 組成部件及其結(jié)構(gòu)

平鍛液壓機(jī)由一臺(tái)垂直壓機(jī)和一臺(tái)水平壓機(jī)組合而成。其中垂直壓機(jī)由垂直整體焊接(或整體鑄造，或組合預(yù)緊)框架1、主柱塞2、兩個(gè)側(cè)缸3、垂直動(dòng)梁4、模座5等組成，水平壓機(jī)由沖頭座6、水平拉桿7、水平動(dòng)梁及其導(dǎo)向裝置8、水平油缸9、后梁10等組成，還有運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置11及其他零部件。

垂直壓機(jī)可采用三缸結(jié)構(gòu)和單缸結(jié)構(gòu)兩種型式。采用三缸結(jié)構(gòu)時(shí)，中間缸為柱塞缸，主柱塞與垂直動(dòng)梁相連接，兩個(gè)側(cè)缸為活塞缸，安裝在框架上柱塞缸的前后兩側(cè)。采用單缸結(jié)構(gòu)時(shí)，主缸應(yīng)為活塞缸。在垂直整體焊接框架的前后內(nèi)表面裝有垂直動(dòng)梁的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向板。

水平壓機(jī)亦可按其公稱噸位設(shè)計(jì)成三缸結(jié)構(gòu)或單缸結(jié)構(gòu)，安裝在后梁上。后梁通過(guò)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(gè)整體預(yù)緊框架。水平缸 (組)驅(qū)動(dòng)水平動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)水平鍛造。在水平動(dòng)梁上裝有沖頭座。四根水平拉桿同時(shí)兼做水平壓機(jī)活動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向桿，在水平動(dòng)梁上設(shè)有導(dǎo)向調(diào)節(jié)裝置，可調(diào)整凸模 (沖頭)的運(yùn)動(dòng)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(guò)螺釘、壓板等安裝在上、下模座內(nèi)，凸模(沖頭)通過(guò)特制螺紋安裝在沖頭座上。

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

1.3 液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)

(1)采用油泵直接傳動(dòng)，按設(shè)備工作壓力和速度要求配置適當(dāng)數(shù)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(shí)現(xiàn)鍛造速度的無(wú)級(jí)調(diào)整和空程快速動(dòng)作，加厚過(guò)程中模具的夾緊保壓采用單獨(dú)的恒壓變量泵，以保持足夠的夾緊力。

(2)設(shè)有壓力傳感器，夾緊壓力和水平鍛造壓力可根據(jù)不同產(chǎn)品的工藝需要通過(guò)比例壓力閥設(shè)定并實(shí)時(shí)控制。

(3)設(shè)有速度及位移傳感器，夾緊動(dòng)梁和水平鍛造動(dòng)梁的位置和運(yùn)行速度可根據(jù)工藝需要通過(guò)比例流量閥設(shè)定并實(shí)時(shí)控制。

1.4 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn):

(1)對(duì)夾緊動(dòng)梁和水平鍛造動(dòng)梁的運(yùn)動(dòng)和速度、以及液壓系統(tǒng)動(dòng)作實(shí)施控制;

(2)實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)四種工作制度。

主要特點(diǎn):

(1)水平鍛造過(guò)程以水平動(dòng)梁壓力控制為主，行程控制為輔。采用壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)鍛造壓力，在操作臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，以便監(jiān)控;

(2)水平鍛造動(dòng)梁行程檢測(cè)采用外置式高精度位移傳感器，連續(xù)輸出位移和速度兩個(gè)模擬量，控制位置在操作臺(tái)上設(shè)定，極限位置設(shè)保護(hù)檢測(cè)開關(guān);

(3)水平鍛造速度在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)可調(diào)，可根據(jù)不同產(chǎn)品的工藝要求進(jìn)行調(diào)整;

(4)夾緊動(dòng)梁以?shī)A緊壓力控制為主，行程控制為輔。采用壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)夾緊壓力，在操作臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，以便監(jiān)控;

(5)夾緊動(dòng)梁位置、水平動(dòng)梁位置均有行程檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)速度變化時(shí)的控制切換和保護(hù)。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與分析

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

(2)水平動(dòng)梁的設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)。

(3)水平動(dòng)梁和夾緊動(dòng)梁均設(shè)有較長(zhǎng)的平面導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，保證了夾緊機(jī)構(gòu)和水平鍛造機(jī)構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)定和控制，可滿足多種工藝不同的需要。

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

3 工藝適應(yīng)性

由于液壓機(jī)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的平鍛液壓機(jī)適合于各種平鍛成形生產(chǎn)，可按具體的生產(chǎn)綱領(lǐng)設(shè)計(jì)成多種形式。

(1)平鍛液壓機(jī)的主要設(shè)備參數(shù)均為獨(dú)立變量，沒有相互依從關(guān)系，可按產(chǎn)品的實(shí)際工藝需要而靈活設(shè)計(jì)，擴(kuò)大了此類設(shè)備的工藝適應(yīng)性。

(2)對(duì)于給定的平鍛液壓機(jī)，其主要設(shè)備參數(shù)均為獨(dú)立變量，可按待生產(chǎn)產(chǎn)品的實(shí)際工藝需要靈活控制各個(gè)滑塊 (動(dòng)梁)的壓力、行程和運(yùn)行速度，擴(kuò)大了該設(shè)備的工藝適應(yīng)性。

(3)平鍛液壓機(jī)即可作為單機(jī)用于生產(chǎn)相應(yīng)的水平鍛造產(chǎn)品，還可作為主機(jī)構(gòu)成各類水平鍛造生產(chǎn)線，大批量高效生產(chǎn)平鍛產(chǎn)品。

(4)由于平鍛液壓機(jī)的上述結(jié)構(gòu)及控制特點(diǎn)，平鍛液壓機(jī)實(shí)際上可按最經(jīng)濟(jì)的原則設(shè)定其生產(chǎn)工藝過(guò)程，是一種節(jié)能環(huán)保的新型鍛壓設(shè)備。

4 應(yīng)用實(shí)例

本設(shè)計(jì)的水平鍛造液壓機(jī)作為主體設(shè)備的非開挖鉆桿管端加厚生產(chǎn)線，已于2005年在某鋼廠投入生產(chǎn)。該生產(chǎn)線選用一臺(tái)平鍛液壓機(jī)為主機(jī) (其夾緊力8 MN，水平鍛造力4 MN)，一組感應(yīng)加熱爐 (帶有三個(gè)感應(yīng)加熱爐膛)，配備上料機(jī)構(gòu)，出料機(jī)構(gòu)、工位間鋼管運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、模具冷卻潤(rùn)滑裝置等輔助設(shè)備。其輔助設(shè)備按非開挖加厚鉆桿的特殊需要設(shè)計(jì)，兼顧了其他產(chǎn)品的工藝需要，具有完善的液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)。

該生產(chǎn)線可對(duì)直徑 (φ48.26～φ127)mm×壁厚 (4.85～9.19)mm×鉆桿成品長(zhǎng) (2500～10000)mm的普通鋼管由上料臺(tái)架到出料臺(tái)架之間的自動(dòng)運(yùn)送、自動(dòng)加熱、自動(dòng)加厚、自動(dòng)送入儲(chǔ)料筐，生產(chǎn)線設(shè)備在人工啟動(dòng)、“自動(dòng)”工作程序后能夠做到無(wú)故障自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，缺料狀態(tài)或故障狀態(tài)自動(dòng)停機(jī)。

該生產(chǎn)線是第一條以生產(chǎn)非開挖加厚鉆桿為主要產(chǎn)品的生產(chǎn)線，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)度為2500～10000 mm的鋼管自動(dòng)進(jìn)行加厚，長(zhǎng)度不足2500 mm的鉆桿在人工連接加長(zhǎng)管之后也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加厚。已相繼成功進(jìn)行了不同規(guī)格、不同長(zhǎng)度鋼管的端部進(jìn)行加厚，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能夠穩(wěn)定地自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)高質(zhì)量的加厚鋼管，產(chǎn)品質(zhì)量合格率達(dá)98%以上。由于具有結(jié)構(gòu)和能力優(yōu)勢(shì)，該鋼廠利用該生產(chǎn)線成功開發(fā)出了多種新型管端加厚產(chǎn)品。

［1］ 裴志強(qiáng)，權(quán)曉惠．國(guó)內(nèi)首條非開挖鉆桿加厚生產(chǎn)線［A］．第二屆寶鋼學(xué)術(shù)年會(huì)論文集 (第二分冊(cè)) ［C］．上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2006:232－236．

［2］ 裴志強(qiáng)，權(quán)曉惠．石油鉆桿管端加厚工藝過(guò)程設(shè)計(jì)與試驗(yàn) ［J］．鋼管，2002(4):17－21．

［3］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程學(xué)會(huì)編．鍛壓手冊(cè)第三卷－鍛壓車間設(shè)備 (3版) ［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007．

［4］ 曹鋒，郭粉轉(zhuǎn)，衛(wèi)棟等，鉆桿加厚部部缺陷分析及檢測(cè)設(shè)備研究［J］石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011(8)．