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难变形金属径向锻造生产线设计与应用

   2025-07-30 97010
核心提示:钛合金、高温合金、高强钢等难变形金属在航空航天、发电工程、油气开发、海洋工程等领域应用广泛。径向锻造压机四个型砧同时径向
 钛合金、高温合金、高强钢等难变形金属在航空航天、发电工程、油气开发、海洋工程等领域应用广泛。径向锻造压机四个型砧同时径向接触坯料进行高速、精密锻造,坯料在三向压应力状态中变形,可锻性得到显著提高,解决了高性能合金材料难以锻造或无法锻造的难题,锻造过程数字化控制、自动化运行,锻件质量好、精度高、成材率高。

      目前世界上只有奥地利GFM公司和德国SMSMEER 公司能够生产精锻机。目前全球共有精锻机约900 台套,用于难变形金属锻造约200 台套,其中我国拥有约30 台套。

      我国的济南铸造锻压机械研究所在20 世纪50年代开展两锤头径向锻造压机的研究工作;1979 年大连特钢厂牵头制造了一台3.4MN 径向锻造压机;中国一重采用大连精工锻压高新技术公司提供技术制造的4MN 径向锻造压机。近年来,西安沐程重工科技有限公司通过吸收消化国外先进技术,开展了引进设备的升级改造,新设备的研制开发工作。径向锻造生产线布置方式、关键设备配置影响机组生产质量和效率。本文结合分析了径向生产线关机技术参数,介绍了关键设备组成、布置,并讨论了该产线的技术特点。

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工艺流程和机组布置
      该生产线需要完成的工艺流程包括:上料装置上料,多道次径向锻造,下料装置卸料。机组包括精锻机主机、夹头A 和B、液压控制系统、润滑系统、辊道、上下料翻转机构和电控系统等,如图1 所示。

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关键技术参数
   根据生产需要,提出了机组关键技术参数,如表1 所示。

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关键设备介绍 

3.1 精锻机主机

     精锻机的主机结构为卧式,主要由齿轮箱、锻造箱、锤头调节装置、电机驱动装置、对中机构、安装底座、盖板及防护板等辅助设施组成。

     齿轮箱是径锻机工作动力的传动单元。齿轮箱由齿轮箱体及其安装于其内部的齿轮副通过定位销和螺栓安装在锻造箱上。

     锻造箱是径锻机向工件实施锻打的工作单元,是径锻机的核心部件。锻造箱体及其安装于其内部的4 锤头同步锻打机构装配组成一个整体。锻造箱通过偏心轮的相对位置控制锻造尺寸的大小。由于锻造箱体和偏心套之间的配合间隙较大,为避免此间隙在锻打时引起偏心套振动,每个偏心套上都安装有两个可以摆动的活塞缸,通过活塞缸的推拉使偏心套始终紧靠在受力一面的锻造箱体孔壁上。

      锤头调节装置用于调整锤头的位置,使锤头能够在规定的范围内张开或闭合,以便于锻造不同规格及截面形状的锻件。四个锤头在调节过程中必须保证锻造中心不变。调节运动在锤头不接触工件的时间内可连续进行,而在锤头接触工件的时间内,调节运动停止,当锤头一离开工件再继续进行,同时在锤头接触工件时,锤头调节装置驱动油缸必须进行保压,防止锤头在锻造过程中退锤。

     对中机构安装在主机两侧,用于锻造过程中锻件的对中。对中机构共有两套,安装在主机两侧,分别由油缸驱动上下对中臂,用以导正工件,使工件、锻造中心、夹头旋转中心位于同一中心,达到对中目的。

3.2 夹头

     A 夹头和B 夹头是两个独立的设备,分别安装在径锻机主机上料侧和下料侧,夹头中心线与径锻机主机的中心线重合。用于夹持工件,配合径锻机主机实施锻造。可完成夹持、旋转工件,沿中心线双向移动进行工件锻造时的进给。两台夹头可以单独配合主机工作,也可共同配合主机工作。A 夹头和B 夹头结构完全相同,各种动作机构相对完善。

     A 夹头和B 夹头分别由相应的行走液压油缸驱动。液压油缸在夹头底部,缸体用法兰固定在地基上,活塞杆头部固定夹头底部中间,液压油缸驱动,行走平稳,减震抗冲击,方便调速,实现夹头轴向双向运功,夹头的位置是用位移传感器来定位的,定位精确,重复精度高;A 夹头和B 夹头的旋转是由各自的电机,通过带传动和蜗轮蜗杆来实现的;A 夹头和B 夹头的旋转分度是由各自的电机加变频器实现的;两台夹头的旋转刹车是由蜗杆一端的制动器和另一端的振荡制动系统实现的。

3.3 液压控制系统

     液压系统主要用来驱动及控制机组锤头调节、对中机构、夹头行走、夹头旋转制动、夹头夹紧和上下料机械手、芯棒推进等,使径锻机动作按设定的程序平稳运行。根据设备总体工艺布置从管线合理布置、管理及维护方便的角度考虑,液压系统应满足径锻主机辅机设备传动及控制要求,合理布置使系统使用和维护方便。液压系统于半地坑基础上放置,地坑用盖板封盖。

     液压泵站由主工作泵、旁路循环、油箱等组成。主泵装置:包括轴向柱塞泵,电机、电磁溢流阀、单向阀、压力过滤器及堵塞指示器(电气发讯及颜色指示)、软管、伸缩接头、电机联轴器及接头、保护罩、接线箱、对接法兰。油箱容积5500L,方便各种元件、辅件安装,与新系统匹配程度高。旁

路循环由循环泵、换热器、过滤器等组成,整个系统用油可以不断的得到循环冷却和过滤;包括所有必要的过滤和冷却油所用的设备,安装在独立的底座上。

      锤头调节液压集成,控制锤头张开和闭合的位置,保证锻后工件的几何尺寸;夹头行走及夹紧液压集成,夹头行走采用比例伺服控制,夹紧力设置双级调压阀。同时保证上料夹头和下料夹头在径向锻机工作时行走动作协调;夹头旋转制动液压集成,径向锻机四锤头在锻打工件时,必须让旋转的夹头瞬间静止,该工况对液压控制的要求是高频响、大流量,采用高频响。

3.4 润滑系统

     润滑系统分1 套主机润滑系统和2 套A/B 夹头自润滑系统。润滑系统于半地坑基础上放置,地坑用盖板封盖。

     主机润滑系统除减小机械零部件摩擦功率的损耗,降低或防止磨损外,同时还起到冷却设备零部件的作用,是整个设备运行的关键。

     主机润滑油站油箱上装有加热器并有双金属温度计显示,当油箱温度小于一定温度时进行自动加热,当油温大于特定温度时停止加热,以上温度均可根据实际需求设定。润滑油经油泵打出经滤油器进入冷却器,油站管路上装有温度传感器,可根据实际需求设定。经过冷却器冷却之后,润滑油进入各个润滑点。油液在机器内完成润滑工作后由重力作用自由流回油箱。

      A 夹头和B 夹头车体上各安装有一套稀油循环润滑系统,该系统的润滑油装在夹头车体内部,不再单独设置油箱,使用原有螺杆泵进行供油,该润滑系统主要用于夹头内部轴承、涡轮蜗杆及相关滑动件的润滑。

夹头轨道润滑系统,该系统由集中设置在轨道旁边的单独系统组成,该系统由齿轮泵、过滤器、单向阀、分配器及管路等组成,夹头车体上安装有递进

式稀油分配器,导轨润滑系统根据夹头位置和时间节拍控制开启,在两侧轨道旁设置有废油收集装置,用于收集多余的轨道油。

3.5 电控系统

     电控系统是径锻机组各部件按工艺要求协调动作的组织和指挥中心,是整个机组达到设计性能的根本保证。

     锤头运动分打击运动和调节运动。调节运动由液压油缸驱动,油流方向和流量由PLC、伺服阀及位移传感器够成精密位移闭环控制,实现锤头的闭合或打开调节。

     制动器在夹头不转时施以制动,在夹头旋转时,按锤头的打击节奏施以振动制动。振动制动的实现:在齿轮箱安装一个编码器。由编码器根据锤头位置发出制动指令。由快速任务与伺服阀控制制动器动作,对夹头施加制动。当锤头抬起时释放制动。

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结论

     为了满足难变形合金锻造需要,适应锻造车间装备智能化的发展趋势,提出主要技术方案。

该生产线技术特点包括:

(1)高频率脉冲锻打,每道次锻造过程中坯料变形量较小,变形速度也较低。可以减少所需的变形力和变形功。在单位时间内,坯料受到打击次数快和轴向进给速度高,生产效率高;

(2)坯料周围受到多个锤头同步打击,处于三向压应力状态,有利于提高金属的塑性;

(3)高频多向锻打使得表面变形,心部发热,且心部发热在锻造过程中无法将热量散出,能够使坯料在锻造过程中保持温度不变或有小幅的升高,故此精锻也称为等温锻造;

(4)精锻时,如坯料只旋转,则得到台阶轴或锥形轴类零件;当坯料不旋转而只作轴向移动时,则得到对应锤头数的多边形截面的型材;当锤头数目在三个以上而筒状坯料边旋转边作轴向移动,在筒坯内又置有芯棒时,可得到内花键、内螺纹、来复线等变断面空心轴件。

     精锻工艺适用于一般钢材锻造,特别适用于锻造高强度、低塑性的难变形金属,如钛合金、不锈钢、高温合金等。

 
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