精鍛機(jī)鍛造箱結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)

蘇建婷，黃艷龍，何雪龍，李佳

（蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅蘭州730314）

精鍛機(jī)鍛造箱結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)

蘇建婷，黃艷龍，何雪龍，李佳

（蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅蘭州730314）

闡述了精鍛機(jī)主機(jī)的鍛造原理，對(duì)比主機(jī)鍛造箱的幾種結(jié)構(gòu)型式，分析了各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。

精鍛機(jī)；鍛造箱；結(jié)構(gòu)

近年來，在“綠色制造、節(jié)能減排”的大趨勢(shì)下，世界各國對(duì)鍛件質(zhì)量及性能的要求日益嚴(yán)格，鍛件生產(chǎn)向流程高效化、品種專業(yè)化、質(zhì)量高級(jí)化發(fā)展［1］，對(duì)于產(chǎn)品和裝備的升級(jí)改造有巨大的潛在市場(chǎng)需求。精鍛機(jī)是一種能鍛造軸向延伸類鍛件和厚壁管的專用設(shè)備，以其獨(dú)特的四錘頭同步鍛打原理，無論在鍛件的質(zhì)量、成材率、尺寸精度、自動(dòng)化程度以及對(duì)環(huán)境保護(hù)、操作者安全等各個(gè)方面均有顯著提高［2］，在特鋼行業(yè)中起著無法替代的作用。

鍛造箱是精鍛機(jī)向工件實(shí)施鍛打的工作單元，是精鍛機(jī)的核心部件。鍛造箱殼體及其中四個(gè)相互正交的、且與工件軸線垂直的鍛打機(jī)構(gòu)裝配成一個(gè)整體［3］，并通過調(diào)整錘桿的相對(duì)位置來控制鍛造尺寸的大小，以便于鍛造不同規(guī)格及截面形狀的鍛件。本文致力于精鍛機(jī)鍛造箱幾種結(jié)構(gòu)形式的分析和研究，為今后精鍛機(jī)開發(fā)研究和設(shè)計(jì)制造提供參考依據(jù)。

1　幾種結(jié)構(gòu)型式的鍛造箱結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

1.1機(jī)械偏心鍛打，油缸偏心輪錘頭調(diào)節(jié)

如圖1所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑塊在錘桿的滑槽中滑動(dòng)，從而帶動(dòng)錘頭的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到鍛造的目的。一個(gè)道次鍛打結(jié)束后，由錘頭調(diào)節(jié)油缸驅(qū)動(dòng)連桿進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)，連桿帶動(dòng)偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)，使錘桿沿鍛造方向進(jìn)行接近或偏離工件的運(yùn)動(dòng)，完成錘頭調(diào)節(jié)的動(dòng)作，進(jìn)而控制鍛造尺寸的大小。

圖1　機(jī)械偏心鍛打，油缸偏心輪錘頭調(diào)節(jié)式鍛造箱

調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)在錘頭不接觸工件的時(shí)間內(nèi)可連續(xù)進(jìn)行，而在錘頭接觸工件的時(shí)間內(nèi)，調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)停止。同時(shí)每個(gè)油缸的進(jìn)出油口安裝有壓力傳感器，當(dāng)鍛造壓力超過主機(jī)所允許的最大鍛造力時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，令活塞作快速退錘運(yùn)動(dòng)，使錘頭與工件脫離，保護(hù)主機(jī)不受超載的影響。

此類機(jī)械式鍛造箱，電液控制較簡單，運(yùn)行維護(hù)成本低，性能可靠。但機(jī)械制造復(fù)雜，摩擦材料的選用和制造要求極高。

1.2機(jī)械偏心鍛打、液壓缸錘頭調(diào)節(jié)

如圖2所示，機(jī)液式鍛造箱同樣利用偏心軸的壓下量進(jìn)行高頻鍛造，在鍛造箱中每個(gè)錘桿與偏心軸之間設(shè)有一個(gè)油缸，通過改變?cè)撚透滓簤河偷娜莘e來改變錘頭的行程，同時(shí)該油缸的壓力還可以起到過載保護(hù)作用，當(dāng)該處壓力超過設(shè)定值時(shí)，即鍛造力超載，液壓系統(tǒng)快速排油，實(shí)現(xiàn)退錘保護(hù)作用。

圖2　機(jī)械偏心鍛打、液壓缸錘頭調(diào)節(jié)式鍛造箱

用液壓缸進(jìn)行錘頭節(jié)，特點(diǎn)是機(jī)械制造簡單，頻次可調(diào)，能夠獲得更高的鍛造比，使得鍛件的金相組織更均勻，即工件擁有比第一種更加優(yōu)越的鍛透性。但此結(jié)構(gòu)對(duì)核心的關(guān)鍵件還有待于認(rèn)識(shí)，電液控制較為復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行成本比較高。

1.3機(jī)械偏心鍛打、蝸輪螺母錘頭調(diào)節(jié)

此結(jié)構(gòu)型式鍛造箱即全機(jī)械式鍛造箱，如圖3所示，采用絲杠螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)錘桿的相對(duì)位置，電機(jī)驅(qū)動(dòng)一對(duì)蝸輪蝸桿副運(yùn)動(dòng)，與蝸輪形成緊配合的螺母隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠（錘桿）進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成錘頭調(diào)節(jié)的動(dòng)作。

圖3　機(jī)械偏心鍛打、蝸輪螺母錘頭調(diào)節(jié)式鍛造箱

此結(jié)構(gòu)的鍛造箱設(shè)計(jì)更加緊湊，設(shè)備可靠性比較高，最高頻次可以達(dá)到2 000次/min.工件表面質(zhì)量和精度比較高，主要應(yīng)用在汽車和軍工等領(lǐng)域，且以冷鍛為主。但由于絲杠螺母在工作時(shí)候，需承受鍛造力的沖擊，噸位一般不超過6 MN，故此其噸位無法大型化。

1.4液壓鍛打、液壓伺服油缸錘頭調(diào)節(jié)

此結(jié)構(gòu)型式的鍛造箱錘桿是由液壓驅(qū)動(dòng)，4個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的錘桿由被集成在每個(gè)鍛造缸中的一個(gè)閥門來進(jìn)行控制，也稱全液壓式鍛造箱，如圖4所示。錘桿的運(yùn)動(dòng)速度，向前和向后，是由液壓先導(dǎo)缸伺服控制，工作活塞隨動(dòng)。為獲得良好的容許誤差，需測(cè)量比較先導(dǎo)缸活塞和錘桿的位置（通過內(nèi)置于先導(dǎo)缸和錘桿中的磁致伸縮傳感器），用以對(duì)錘桿的定位進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

圖4　液壓鍛打、液壓伺服油缸錘頭調(diào)節(jié)式鍛造箱

與機(jī)械式精鍛機(jī)基于沖擊的鍛造變形對(duì)比，液壓式精鍛機(jī)錘頭在接觸工件時(shí)幾乎整個(gè)行程中都可以施加同樣的鍛造力，具有緩沖和靜壓保壓作用，道次壓下量和錘擊循環(huán)時(shí)間是可以大范圍調(diào)控的。因此液壓式精鍛機(jī)對(duì)變形工藝參數(shù)有更大、更靈活的調(diào)整余地，在破碎晶粒，在改善材料機(jī)械性能和快速成型上有一定優(yōu)勢(shì)。全液壓式精鍛機(jī)鍛造頻率相對(duì)慢，能耗大約是機(jī)械式的3倍。此外對(duì)控制要求較高，設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)成本較大。

2　結(jié)束語

分析幾種鍛造箱結(jié)構(gòu)后可知，第一種和第三種機(jī)械式精鍛機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、頻率高、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是第三種型式的鍛造箱代表著中小型精鍛機(jī)的發(fā)展方向。第二種和第四種全液壓型精鍛機(jī)則且在鍛透性方面有很大優(yōu)勢(shì)，在大噸位精鍛機(jī)市場(chǎng)占有較高地位。

［1］尹娟，許信東.國內(nèi)外特殊鋼生產(chǎn)及發(fā)展態(tài)勢(shì)［J］.上海金屬2008，30（02）：50-54.

［2］陳殿領(lǐng).利用西門子電氣對(duì)1400t精鍛機(jī)進(jìn)行電氣及數(shù)控化改造［J］.制造技術(shù)與機(jī)床2011，65（09）：135-150.

［3］張信軍.精鍛機(jī)夾頭設(shè)計(jì)及關(guān)鍵件有限元分析［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007.

Forging Box Structure and Characteristics of Precision Forging Machine

SU Jian-ting，HUANG Yan-long，HE Xue-long，LI Jia
（Lanzhou LS Energy Equipment Engineering Institute Co.，Ltd.，Gansu Lanzhou 730314，China）

Describes the principle of precision forging machine，analysis types contrast of forging box，analyzed the advantages and disadvantages of each structure.

precision forging machine；forging box；structure

TH132

B

1672-545X（2016）08-0186-03

2016-05-16

蘇建婷（1988-），女，甘肅蘭州人，本科，助理工程師，主要從事精鍛機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。