文/王磊，張海杰，李巖·合鍛智能制造股份有限公司

本文介紹了多向模鍛液壓機研發(fā)的必要性，在分析現有生產工藝流程模式下零件生產設備不足的基礎上闡述了使用多向模鍛液壓機的優(yōu)勢。之后闡述了多向模鍛液壓機設計的關鍵技術條件，包括主機參數特點及設計優(yōu)化等內容，并指出該種模鍛成形液壓機的設計成功將極大提高生產效率、提高材料利用率，降低工藝難度，為該生產工藝的廣泛應用提供可能。

多向管接頭的生產目前有兩種傳統(tǒng)工藝，一種是采用壓鑄成形毛坯，然后精密機加工成形；另一種是采用鍛造毛坯，然后精密機加工成形。壓鑄工藝存在材料鑄造缺陷風險大、材料許用強度低、鑄件利用率低、污染大、耗能高等問題；鍛造工藝存在毛坯成本高、機加工時間長、生產效率低、材料利用率低等問題。

多向模鍛技術是一種先進精密、節(jié)能省材的鍛造技術，主要用于汽車、機械、石油化工、鍋爐制造、航空航天、船舶等行業(yè)多面體結構件的一次成形，可顯著提高零件強度，降低生產成本，促進零件輕量化。由于其技術及裝備要求較高，至今只有少數國外公司掌握，并壟斷著大型核電、航空航天、石油化工等多向模鍛件的生產。本文介紹的多向模鍛設備能一次鍛造完成三通閥體整體結構，包括三向法蘭、三向內孔，且不需要余料飛邊，克服了現有技術的缺陷，有效提高原材料利用率20%以上，提高機械加工效率60%以上，還實現了金屬全纖維鍛造成形，提高了產品綜合機械性能和質量。

多向模鍛生產工藝

多向模鍛生產工藝流程如下：原材料（棒料）按尺寸下料→坯料加熱→上模具合?！?、右、后壓頭帶動左、右、后擠壓桿同步向中心擠壓（圖1）→左、右、后壓頭帶動擠壓桿擠壓到設定位置→左、右、后壓頭退回→上壓頭帶動上模退回→取出成品→精密機加工切除余料。

多向模鍛對設備要求如下：⑴工件小、成形力大、載荷集中；⑵左右壓頭同步精度、位置精度要求高；⑶三個方向上的水平壓頭在擠壓過程中的翹曲變形控制精確，翹曲變形直接影響零件的三個方向上孔的位置精度和形狀精度。

多向模鍛液壓機的主要方案

多向模鍛液壓機采用三梁四柱框架結構機身，在水平方向后側安裝拉伸滑塊和壓邊滑塊，可在水平面四個方向（4軸）同時成形，其中后側方向可實現雙動壓制；建立了精確的工藝缺陷預測計算模型，通過優(yōu)化軸向推力的加載曲線和模鍛坯料的形狀、尺寸等工藝參數，改善成形質量，對典型模鍛構件仿真模擬研究及工藝參數優(yōu)化；采用圖像檢測技術構建在線檢測系統(tǒng)，輔助形成擠壓成形工藝系統(tǒng)，可實現多向模鍛件柔性成形和實時修正；采用高性能PLC控制技術，開發(fā)了大型多向模鍛液壓機專用數控系統(tǒng)，能夠實現多向模鍛件的送料、取料和定位裝置的控制，多向模鍛件的冷卻和潤滑的控制，多向模鍛件的擠壓深度、擠壓力和壓邊力的控制，液壓伺服控制和多軸運動控制等；開發(fā)出的專用液壓比例伺服系統(tǒng)可實現比例調壓、變壓力控制等；另外，該裝備配備多向模鍛件自動上下料及取料裝置，有效地節(jié)省了人力成本。

如圖2所示，液壓機設備公稱壓力為145000kN，總占地面積8800mm×5800mm(左右×前后)，地面以上高度約為10000mm，裝機功率約為1400kW。

多向模鍛液壓機的主要技術特點

設備臺面較小，噸位大、載荷集中

多向模鍛設備總噸位普遍較大，左、右、后三向模鍛設備合模及左右擠壓力都在20000kN以上，而模具尺寸相對所需模鍛成形力較小。因此壓頭與模具接觸面的應力會遠大于普通設備的模具接觸面應力，這就需要對壓頭的材料和結構進行設計，壓頭材料需要保證在壓頭和擠壓桿的接觸面上不會被壓潰，壓頭的結構需要保證把擠壓力分散至整個活塞桿接觸面上，以免造成油缸損壞（圖3）。

左、右壓頭壓制同步精度要求高

根據多向模鍛的工藝要求，左、右壓頭壓制過程中的位移需要很高的同步，否則成形形狀不合格、內部可能存在一定的缺陷。模具受力不平衡嚴重時甚至會導致模具損壞。因此，三向模鍛液壓機左、右壓頭的同步精度直接關系到生產的產品質量和模具的壽命。因此，該設備采用高精度的位移傳感器、PLC、高頻響伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現了同步精度0.05mm/s和位置精度0.05mm，滿足了該零件成形的工藝要求。

水平壓頭翹曲變形要控制精確

三個方向上的水平壓頭在擠壓過程中的翹曲變形要控制精確，翹曲變形直接影響零件的三個方向上孔的位置精度和形狀精度。

三個方向上的壓頭和工作臺面間的平行度會影響合模后的模腔形狀，如果偏差較大會導致成形后的零件孔的同軸度不夠，嚴重影響零件的質量。因此，三個方向的壓制過程的機身變形的大小會直接影響產品的質量。

如圖4所示，該設備豎直方向上采用無拉桿立柱，通過精加工的臺階面配合，豎直方向上油缸主要提供合模力對機身在這個方向的變形要求較低。左右和前后方向上均采用四拉桿結構，組成封閉框架結構，該結構在防止翹曲變形方面非常有效，提高了成形過程中機身的精度，滿足零件的成形要求。

實踐結果

該設備（圖5）目前已經交付用戶3年，使用效果良好，實現了量產，零件的成形質量高，達到了預期的效果。

多向模鍛成形技術作為一種新的先進制造技術，能夠有力地推動制造工業(yè)技術的發(fā)展，順應未來制造工業(yè)節(jié)能、經濟和環(huán)保的發(fā)展趨勢，具有廣闊的應用前景。該設備的研制成功不僅具有重要的理論意義，更具有重大的經濟和社會效益。