精鍛機鍛造箱結構型式及特點

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）

精鍛機鍛造箱結構型式及特點

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）

闡述了精鍛機主機的鍛造原理，對比主機鍛造箱的幾種結構型式，分析了各種結構的優缺點。

精鍛機；鍛造箱；結構

近年來，在“綠色制造、節能減排”的大趨勢下，世界各國對鍛件質量及性能的要求日益嚴格，鍛件生產向流程高效化、品種專業化、質量高級化發展［1］，對于產品和裝備的升級改造有巨大的潛在市場需求。精鍛機是一種能鍛造軸向延伸類鍛件和厚壁管的專用設備，以其獨特的四錘頭同步鍛打原理，無論在鍛件的質量、成材率、尺寸精度、自動化程度以及對環境保護、操作者安全等各個方面均有顯著提高［2］，在特鋼行業中起著無法替代的作用。

鍛造箱是精鍛機向工件實施鍛打的工作單元，是精鍛機的核心部件。鍛造箱殼體及其中四個相互正交的、且與工件軸線垂直的鍛打機構裝配成一個整體［3］，并通過調整錘桿的相對位置來控制鍛造尺寸的大小，以便于鍛造不同規格及截面形狀的鍛件。本文致力于精鍛機鍛造箱幾種結構形式的分析和研究，為今后精鍛機開發研究和設計制造提供參考依據。

1　幾種結構型式的鍛造箱結構對比分析

1.1機械偏心鍛打，油缸偏心輪錘頭調節

如圖1所示，電機驅動偏心軸旋轉，帶動滑塊在錘桿的滑槽中滑動，從而帶動錘頭的運動，達到鍛造的目的。一個道次鍛打結束后，由錘頭調節油缸驅動連桿進行往復擺動，連桿帶動偏心套轉動，使錘桿沿鍛造方向進行接近或偏離工件的運動，完成錘頭調節的動作，進而控制鍛造尺寸的大小。

圖1　機械偏心鍛打，油缸偏心輪錘頭調節式鍛造箱

調節運動在錘頭不接觸工件的時間內可連續進行，而在錘頭接觸工件的時間內，調節運動停止。同時每個油缸的進出油口安裝有壓力傳感器，當鍛造壓力超過主機所允許的最大鍛造力時，壓力傳感器發出信號，令活塞作快速退錘運動，使錘頭與工件脫離，保護主機不受超載的影響。

此類機械式鍛造箱，電液控制較簡單，運行維護成本低，性能可靠。但機械制造復雜，摩擦材料的選用和制造要求極高。

1.2機械偏心鍛打、液壓缸錘頭調節

如圖2所示，機液式鍛造箱同樣利用偏心軸的壓下量進行高頻鍛造，在鍛造箱中每個錘桿與偏心軸之間設有一個油缸，通過改變該油缸液壓油的容積來改變錘頭的行程，同時該油缸的壓力還可以起到過載保護作用，當該處壓力超過設定值時，即鍛造力超載，液壓系統快速排油，實現退錘保護作用。

圖2　機械偏心鍛打、液壓缸錘頭調節式鍛造箱

用液壓缸進行錘頭節，特點是機械制造簡單，頻次可調，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越的鍛透性。但此結構對核心的關鍵件還有待于認識，電液控制較為復雜，在實際應用中運行成本比較高。

1.3機械偏心鍛打、蝸輪螺母錘頭調節

此結構型式鍛造箱即全機械式鍛造箱，如圖3所示，采用絲杠螺母進行調節錘桿的相對位置，電機驅動一對蝸輪蝸桿副運動，與蝸輪形成緊配合的螺母隨之轉動，帶動絲杠（錘桿）進行上下往復運動，完成錘頭調節的動作。

圖3　機械偏心鍛打、蝸輪螺母錘頭調節式鍛造箱

此結構的鍛造箱設計更加緊湊，設備可靠性比較高，最高頻次可以達到2 000次/min.工件表面質量和精度比較高，主要應用在汽車和軍工等領域，且以冷鍛為主。但由于絲杠螺母在工作時候，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節

此結構型式的鍛造箱錘桿是由液壓驅動，4個往復運動的錘桿由被集成在每個鍛造缸中的一個閥門來進行控制，也稱全液壓式鍛造箱，如圖4所示。錘桿的運動速度，向前和向后，是由液壓先導缸伺服控制，工作活塞隨動。為獲得良好的容許誤差，需測量比較先導缸活塞和錘桿的位置（通過內置于先導缸和錘桿中的磁致伸縮傳感器），用以對錘桿的定位進行動態控制。

圖4　液壓鍛打、液壓伺服油缸錘頭調節式鍛造箱

與機械式精鍛機基于沖擊的鍛造變形對比，液壓式精鍛機錘頭在接觸工件時幾乎整個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時間是可以大范圍調控的。因此液壓式精鍛機對變形工藝參數有更大、更靈活的調整余地，在破碎晶粒，在改善材料機械性能和快速成型上有一定優勢。全液壓式精鍛機鍛造頻率相對慢，能耗大約是機械式的3倍。此外對控制要求較高，設備保養維護成本較大。

2　結束語

分析幾種鍛造箱結構后可知，第一種和第三種機械式精鍛機具有結構緊湊、頻率高、便于維護等優點，尤其是第三種型式的鍛造箱代表著中小型精鍛機的發展方向。第二種和第四種全液壓型精鍛機則且在鍛透性方面有很大優勢，在大噸位精鍛機市場占有較高地位。

［1］尹娟，許信東.國內外特殊鋼生產及發展態勢［J］.上海金屬2008，30（02）：50-54.

［2］陳殿領.利用西門子電氣對1400t精鍛機進行電氣及數控化改造［J］.制造技術與機床2011，65（09）：135-150.

［3］張信軍.精鍛機夾頭設計及關鍵件有限元分析［D］.天津：河北工業大學，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，主要從事精鍛機等設備的設計研發工作。