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小型锻造液压机的发展与创新
锻造液压机从诞生之日起,就有产生无限大静压力的优势,因此在大型锻造液压机技术方向发展很迅猛,各个国家都以拥有大吨位液压机为自豪。但液压机相比其他锻造设备来说,也有一些弊病,最大的问题就是快速性问题,由于升压及降压都需要一定的时间,阀的换向时间特别长,同时换向时由于液压冲击的影响,系统振动特别大,因此也影响了锻造液压机的发展。小型锻造设备由于对快速性要求较严,因而发展缓慢,锻造用户选择锻锤的较多。近几年,由于国家环保政策的要求,加上液压技术的提升,锻造用户重新提出用小型液压机实现各种锻造功能的可能性。

活塞式锻造液压机

小型锻造液压机从使用功能上,采用单臂式结构最佳。小型锻造液压机在锻造过程中,发热最快的零件就是滑块。目前市场上有厂家按照传统的活塞式液压机和空气锤结构套用出一种锻造液压机,这种锻造液压机结构如图1所示,原理简图如图2所示。
这种锻造液压机通过控制换向阀,活塞缸的无杆腔和有杆腔交替通入高压油,实现活塞杆带动上砧块工作行程与回程,没有单独的回程缸,结构简单,体积小,这是它的优点。这种液压机用来锻造,使得液压活塞杆当锤杆使用,虽然结构简单,但锻造过程中活塞杆发热迅猛,外圆直径膨胀很大,因而导向套与活塞杆间隙必须很大,同时密封圈又承受高温状态,密封易损寿命短,容易造成漏油甚至失火。因而这不是一种好结构。

1-油箱 2-溢流阀 3-换向阀 4-节流阀 5-液压缸 6-单向阀 7-泵 8-电动机 9-油箱

缸动式锻造液压机

通过分析比较,认为缸动式结构是小型锻造液压机的首选,锻造液压机本体结构如图3所示。液压油缸外套可以根据精锻要求,做出“X”形导轨形式,这样的结构既保证了锻造精度的要求,也避免了油缸套在锻造过程中的偏转,提高了抗偏心锻造能力。

1-工作柱塞 2-横梁 3-拉杆 4-活动小梁 5-回程柱 6-工作缸 7-回程缸 8-导向装置 9-机架

缸动式锻造液压机,根据图3中本体结构可以看出,工作时,高压油液进入主工作缸,回程缸口打开,由于工作柱塞通过横梁固定在机架上,高压油推动工作缸体向下对工件做功,同时工作缸体通过活动横梁,将回程缸体内的油液排回油箱。回程时,动作正好相反,从而实现工作缸体的锻造和回程。
根据自由锻的工艺要求,一般锻造液压机的工作速度要求在50~150mm/s之间,空程和回程时速度在250~300mm/s之间,锻造频次大于20次/分钟,以提高设备的生产率。但同时如果锻造的速度过快,设备会在停止或动作换向时引起液压冲击、振动和较大噪声污染,甚至造成管路连接件的松动,发生人身安全事故。
液压机的冲击振动的产生,主要是工作缸、管路、机架等在受高压油的作用下产生了弹性变形,同时液压油本身在体积大、高压作用下的产生压缩效应也存储了一定能量,锻造完成后,换向阀换向,高压卸荷,这些能量瞬间释放,导致了管路、机架的冲击振动。
实现高压、高速度、高频次工况下,锻造液压机低振动、低噪声的稳定工作,将大大提高小型液压机的实用。
采用新型插装阀(动态阀)集成系统,组成锻造液压机的控制回路。其中主缸卸荷阀采用大通径数字式比例动态阀,根据输入信号的大小提供流量控制。通过放大器向比例动态阀提供适当的驱动电流,以提供主阀芯的移动,并由主阀芯的位移传感器反馈信号以校准阀芯的开口量,使阀芯与放大器的输入信号相对应。从而精确控制卸荷时流量,达到先小流量平稳卸压再大流量快速卸荷的最佳卸压过程,大大减小了主缸卸荷时的冲击振动。比例动态阀不仅响应快,而且流量大,满足快锻时的高速度、高频次需求。
在设备的高压管路布置中,设置大口径皮囊吸收缓和由于频繁换向和卸荷引起的液压冲击,同时在直角转弯的地方采用高压胶管,也可以起到一定的吸振作用。主机利用有限元分析,强化机身的刚性,也可以减少全功率锻造由于机身变形、快速卸荷时引起的机身回弹晃动。

结论

⑴用于自由锻行业中的小型锻造液压机,在压机行程、喉深、操作高度等工艺参数接近系列空气锤,实现了空气锤的主要功能,包括拔长、镦粗、冲孔、扩孔、马架扩孔等。20mm行程锻造次数达到50~60次/分钟。
⑵用于环件制坯专用的小型锻造液压机和立式辗环机配套使用。该用途的小型锻造液压机不需要大的行程和空间,但需要较大的下平砧,用于胎模制坯。
⑶用于模锻制坯的小型锻造液压机和模锻主机配套。主要完成拔长、滚挤、镦饼、弯曲等工艺,要求较高的锻造频次,精确的行程控制,但不需要大的行程和喉深。
上述三种小型锻造液压机将会有较大、较好的发展前景,在行业中将会得到较普及的使用。

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