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「原創」一種大噸位三向模鍛液壓機

發布時間:2022-04-12T03:13:23更新時間:2022-04-12T03:14:05 瀏覽量:483
[文章摘要]: 本文介紹了大噸位三向模鍛液壓機研發的必要性,在分析現有生產工藝模式下管件生產設備不足的基礎上,闡述了使用大噸位三向模鍛液壓機的優點。然后介紹了大噸位三向模鍛液壓機設計的關鍵技術條件,包括主機參數特點和設計優化、液壓系統設計等。模鍛成型液壓機的...

  本文介紹了大噸位三向模鍛液壓機研發的必要性,在分析現有生產工藝模式下管件生產設備不足的基礎上,闡述了使用大噸位三向模鍛液壓機的優點。然后介紹了大噸位三向模鍛液壓機設計的關鍵技術條件,包括主機參數特點和設計優化、液壓系統設計等。模鍛成型液壓機的成功設計大大提高了生產效率和材料利用率,降低了工藝難度,為生產工藝的廣泛應用提供了可能性。

  管件生產有兩種傳統工藝,一種是鑄造成型空白,然后加工精細;另一種是鍛造空白,然后加工成型。鑄造工藝存在鑄造缺陷風險大、材料使用強度低、鑄造生產工藝效率低、污染大等問題;鍛造工藝也存在成本高、加工時間長、效率低、材料利用率低等問題。

  三向模鍛工藝,又稱三向擠壓工藝,是一種金屬冷塑成型工藝,主要針對金屬管成型。普通模鍛設備只能加工彎曲直徑的薄壁和厚壁管件,三通和四通管件仍只能采用傳統工藝;三向模鍛液壓機(圖1)在普通模鍛設備的基礎上重新設計,可同時從三個方向施加擠壓力。通過更換不同的模具和工具,所有類型的管件都可以一次性模鍛,可以實現彎曲、三通、四通、直徑變化等所有管件接頭的集成。三向模鍛工藝可以完全取代管件生產的傳統工藝。

  圖1 三向模鍛液壓機示意圖

  

三向模鍛生產工藝

  三向模鍛工藝中使用的原材料為無縫管,其強度、尺寸精度和表面質量高于鑄件,毛坯重量和單價小于鍛件,幾乎無需預留加工余量。特別是在薄壁管件的生產中,以無縫管為原料,采用擠壓工藝可以大大節省材料,保證薄壁部件的強度和尺寸精度。模鍛工藝不受材料限制,碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁、銅等材料可加工,應用范圍廣。目前,聚氨酯橡膠主要用于三向模鍛工藝(固體芯)或超高壓液體(液體芯)。固體芯早期試驗芯棒尺寸成本高,試驗成功后使用成本低,適合大規模生產;液體芯無試驗成本,但由于膨脹液回收困難,污染大,使用成本高,適合試驗和小批量生產。四通管件三向模鍛模具示意圖見圖2。

  圖2 四通管件三向模鍛模具示意圖

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  三向模鍛生產工藝如下:管坯按尺寸下料(固體芯材擠壓下料后將橡膠芯棒裝入管坯)→將管坯放入下凹模中→上壓頭驅動上模下行,合模壓緊→左右壓頭驅動左右壓桿同步向中心擠壓(液體芯材此時需要填充超高壓膨脹液)→左右壓頭將擠壓桿擠壓到設定位置→左右壓頭退回→上壓頭驅動上模退回→取出成品(此時取出固體芯材擠壓橡膠芯棒)→加工切除余料。

三向模鍛液壓機的主要技術特點是臺面小、噸位大、負荷集中

  由于管件成型工藝基本為冷擠壓,成型力大,尤其是大型管件,三向模鍛設備噸位普遍較大,80%以上的三向模鍛設備合模,左右擠壓力大20000kN以上,模具尺寸相對所需的模鍛成形力較小,特別是左右擠壓桿的直徑遠小于缸活塞桿,因此壓頭與模具接觸面的應力遠大于普通設備的模具接觸面應力,因此需要重新計算和驗證壓頭的材料和結構,壓頭材料需要確保壓頭與擠壓桿的接觸面不會壓碎,壓頭結構需要確保擠壓力分散到整個活塞桿接觸面,以免造成缸損壞。

  

左右壓頭同步精度要求高

  根據三向模鍛的工藝要求,左右壓頭壓制過程中的位移需要保證同步。同步精度越高,尺寸精度越高,缺陷風險越小。如果同步精度不夠,成品會出現褶皺、裂紋、壁厚不均勻等缺陷,導致工件報廢,甚至嚴重損壞模具。因此,三向模鍛液壓機左右壓頭的同步精度直接關系到產品質量和廢品率,以及模具的使用壽命。

設備幾何精度要求高

  三向模鍛液壓機上壓頭與工作臺面的平行度會影響合模后模腔的形狀。如果平行度不夠,會導致合模松動,導致壓制工件報廢;左右壓頭表面的平行度、壓制過程中左右壓頭運動軌跡的同軸度、壓頭運動軌跡對工作臺面的平行度也會對零件的成型質量和模具產生很大的影響。如果精度不夠,可能會導致左右擠壓桿彎曲變形,損壞模具;對于液體模芯的成型過程,也會影響密封,導致液體泄漏,導致成型不到位,工件報廢。

三向模鍛液壓機的主要方案

  根據三向模鍛工藝對設備的特殊要求、高精度要求和集中負荷,以及對生產工藝的詳細研究和分析。優化設計,充分利用各種內外技術資源,實現設備的高精度和高效率。

  液壓機機身框架采用整體框架機身,機身結構為鋼板焊接箱結構,分析優化應力和變形有限元,焊接后完全消除焊接應力,確保機身的強度和剛度。

  

  根據三向模鍛形成的特點:零件尺寸相對公稱力小,應力集中,左右擠壓采用單缸壓力形式,有效適應應力集中、噸位大、行程短、左右擠壓缸生長導套、活塞桿導向;上壓頭模具應力相對分散,采用雙缸壓力形式,對角行程檢測裝置控制兩缸行程,確保上壓頭與工作臺的平行。

  根據三向模鍛過程的分析結果,左右壓頭的壓制同步控制采用比例伺服系統加高精度位移傳感器的閉環控制系統,確保左右壓頭的運動同步,同步精度在±1mm以內。

  壓機上壓頭、左右壓頭的壓力控制采用比例調壓,壓力調整范圍為公稱壓力的10%~100壓力控制精度為%±0.3MPa。

  滑塊本體采用單厚鋼板結構,保證上壓均勻傳遞到整個上模,使合模力均勻分布?;瑝K無導向結構,閉環控制系統由高精度對角行程檢測裝置和比例伺服系統組成,保證滑塊運動時工作臺的平行度。

實踐結果

  三向模鍛液壓機的成功研發對降低毛坯成本、提高生產效率、提高管件成型質量、降低后續處理工藝具有重要意義。目前,該設備已在用戶中穩定運行五年2min/件的生產效率。

  —— 來源:2020年第五期鍛造沖壓


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