自由鍛造液壓機(jī)

1，自由鍛造液壓機(jī)的工作原理

        液壓機(jī)是利用帕斯卡定律制成的利用液體壓強(qiáng)傳動(dòng)的機(jī)械，以液體為工作介質(zhì)，用來傳遞能量以實(shí)現(xiàn)各種工藝的機(jī)器。

        自由鍛造液壓機(jī)又稱鍛造液壓機(jī)，用于完成自由鍛造工藝，即在被壓機(jī)的工作缸壓力作用下，通過上、下砧和一些簡單的通用工具，使鋼錠或鋼坯產(chǎn)生塑性變形，以獲得所需形狀和尺寸的鍛件。

        液壓機(jī)的規(guī)格一般用公稱工作力（MN）表示。以前鍛造用液壓機(jī)多是水壓機(jī)，現(xiàn)在逐漸被油壓機(jī)取代。

        液壓機(jī)的工作原理:（見圖11-8）大、小柱塞的面積分別為S2、S1，柱塞上的作用力分別為F2、F1。根據(jù)帕斯卡原理，液體壓強(qiáng)各處相等，即

F2/S2=F1/S1=p;

F2=F1（S2/S1）。

2， 自由鍛造液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)

①結(jié)構(gòu)形式

        液壓機(jī)一般由本體（主機(jī)）、動(dòng)力系統(tǒng)及液壓控制系統(tǒng)三部分組成。

        最常見的液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)是三梁四柱上傳動(dòng)式?，F(xiàn)以鍛造水壓機(jī)為例，其結(jié)構(gòu)簡圖所示。它由上橫梁1、下橫梁3、4個(gè)立柱2和16個(gè)內(nèi)外螺母組成一個(gè)封閉框架，框架承受圭部工作載荷。工作缸固定在上橫梁1上，工作缸內(nèi)裝有工作柱塞君，它與活動(dòng)橫梁7相連接。活動(dòng)橫梁以4個(gè)立柱2為導(dǎo)向在上下橫梁之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在活動(dòng)橫梁的下表面上，一般固定有上砧（上模），而下砧（下模）則固定于下橫粱上的工作臺(tái)上。當(dāng)高壓液體進(jìn)人工作缸后，在工作住塞上產(chǎn)生很大的壓力，并推動(dòng)工作栓塞、活動(dòng)橫梁及上砧向下運(yùn)動(dòng)，使工件（鍛件）5在上、下砧之間產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)回程缸4內(nèi)通低壓液體并徘出工作液體?；爻谈?固定在下橫梁上，回程柱塞6與活動(dòng)橫梁相連接?；爻虝r(shí)，工作缸通低壓液體，高壓液體進(jìn)人回程缸，推動(dòng)回程往塞6向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)活動(dòng)橫梁回到原始位置，完成一個(gè)工作循環(huán)。

1-上棧梁  2－立柱中 3-下橫

4-回程缸  5-工件  6-回缸柱塞

7-活動(dòng)橫梁 8-工作柱塞 9-工作缸

        動(dòng)力系統(tǒng)主要提供液壓機(jī)本體工作時(shí)所需要的高壓液體，并接收回程排回的低壓液體，此外，對(duì)工作液體進(jìn)行檢測、過濾、攪拌及冷卻，以保證工作液體處于最佳工作狀態(tài)。動(dòng)力系統(tǒng)分為泵直接傳動(dòng)和泵蓄勢(shì)器傳動(dòng)兩種類型。

        自由鍛造液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)，按作用力的方向區(qū)分，液壓機(jī)有立式和臥式兩種。多數(shù)液壓機(jī)為立式，擠壓用液壓機(jī)則多用臥式。按結(jié)構(gòu)型式分，液壓機(jī)有雙柱、四柱、八柱、焊接框架和多層鋼帶纏繞框架等型式，中、小型立式液壓機(jī)還有用C型架式的。C型架式液壓機(jī)三面敞開，操作方便，但剛性差。焊接框架式液壓機(jī)剛性好，前后敞開，但左右封閉。在上傳動(dòng)的立式四柱自由鍛造液壓機(jī)中,油缸固定在上梁中,柱塞與活動(dòng)橫梁剛性連接，活動(dòng)橫梁由立柱導(dǎo)向，在工作液的壓強(qiáng)作用下上下移動(dòng)。橫梁上有可以前后移動(dòng)的工作臺(tái)。在活動(dòng)橫梁下和工作臺(tái)面上分別安裝上砧和下砧。工作力由上、下橫梁和立柱組成的框架承受。采用泵-蓄能器驅(qū)動(dòng)的大、中型的自由鍛水壓機(jī)常采用三個(gè)工作缸，以得到三級(jí)工作力。工作缸外還設(shè)有向上施加力的平衡缸和回程缸。

②技術(shù)參數(shù)

        a.公稱力P（主參數(shù)）它反映了液壓機(jī)的主要工作能力，代表液壓機(jī)名義上能發(fā)出的最大力量。在數(shù)值上等于工作液體名義最大壓力和工作柱塞總工作面積的乘積（取整）。

        b.最大凈空高H  指活動(dòng)橫梁停在上極限位置時(shí)，從工作臺(tái)上表面到活動(dòng)橫梁下表面的距離。最大凈空高度反映液壓機(jī)在高度方向上工作空間的大小。

        c.最大工作行程S  機(jī)架或活動(dòng)橫梁能夠移動(dòng)的最大位移。

        d.柱間凈空距（AxB）機(jī)架在工藝位置兩立柱內(nèi)側(cè)之間的最小凈尺寸，見表11-6。

        e.移動(dòng)工作臺(tái)面尺寸（長x寬）此尺寸反映液壓機(jī)平面尺寸上工作空間的大小。

        f.活動(dòng)部分移動(dòng)速度  分為鍛造加壓鍛造加壓速度、空程下行速度與回程速度。它的變化范圍很大，如鍛造液壓機(jī)要求鍛造加壓工作行程速度較高，可達(dá)50～150mm/s；空程下行速度與回程速度一般較高，以提高生產(chǎn)率。

        g.回程力  回程力由活塞缸下腔活塞工作面積或單獨(dú)設(shè)置的回程缸來實(shí)現(xiàn)。

        h.允許最大偏心距  在液壓機(jī)上進(jìn)行的許多工藝操作中，往往要承受偏心載荷。

        i.移動(dòng)工作臺(tái)尺寸及行程

        g.頂出力P1與頂出行程S1

3、最常見的鍛造液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)形式

        按結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)主要分為：單柱式（C型）；雙柱；四柱式；臥式；立式框架等。

①單臂式鍛造液壓機(jī)（C形單柱式機(jī)架）結(jié)構(gòu)

        這種機(jī)架的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，工作區(qū)域?qū)挸ǎぷ鲿r(shí)可以從三面接近壓機(jī)，操作方便。小型鍛造液壓機(jī)中常采用C形單柱式機(jī)架，如圖所示，為缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)，不動(dòng)的工作柱塞1固定在用四根拉桿3與單往機(jī)架9連接的梭梁2上，而工作缸6可以在單柱機(jī)架的導(dǎo)向裝置回中作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作缸的底部固定有上砧。兩個(gè)回程缸7則固定在機(jī)架上，回程時(shí)，回程缸柱塞5通過活動(dòng)橫梁旱帶動(dòng)工作缸一起向上作回程運(yùn)動(dòng)。這種小型幢造液壓機(jī)也但空氣錘一樣，工人操作鍛件很方便。

        單臂式鍛造液壓機(jī)屬于小型鍛造液壓機(jī)，其公稱力為3.15～8MN，如3.15MN鍛造液壓機(jī)相當(dāng)于2t自由鍛錘的鍛造能力；5MN鍛造液壓機(jī)則相當(dāng)于5t自由鍛錘。

1-工作柱塞 2-橫梁 3-拉桿 4-活動(dòng)橫梁 5-回程柱塞6-工作缸 7-回程缸 8-導(dǎo)向裝置 9-機(jī)架

②三梁四柱式上傳動(dòng)鍛造液壓機(jī)結(jié)構(gòu)

        這是最常見的結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用于各種用途的液壓機(jī)中，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。在這種結(jié)構(gòu)中，回程缸11固定于上橫梁3的兩側(cè)，回程時(shí)，高壓液體進(jìn)人回程缸，推動(dòng)回程柱塞10向上運(yùn)動(dòng)，通過其頂部小橫粱9及拉桿12，帶動(dòng)活動(dòng)橫梁向上回程。上、下橫梁與立柱應(yīng)組成一個(gè)剛性封閉框架，它要承受液壓機(jī)的全部工作載荷，不應(yīng)有任何松動(dòng)，因此液壓機(jī)的地基是不承受工作載荷的。其技術(shù)參數(shù)如圖所示。

        1-工作缸  2-工作柱塞  3-上橫梁  4-立柱  5一活動(dòng)橫梁 6-上砧

        7-下砧 8-下橫梁 9-小橫梁 10－回程柱塞 11一回程缸 12一拉桿

③雙柱下拉式鍛造液壓機(jī)結(jié)構(gòu)

        在上傳動(dòng)三梁四柱式結(jié)構(gòu)中，液壓機(jī)本體的重心高出地面很多，穩(wěn)定性較差。近年來，中小型鍛造液壓機(jī)每分鐘的鍛造次數(shù)已可達(dá)80～100次，如仍用上述結(jié)構(gòu)，快速鍛造時(shí)，機(jī)架晃動(dòng)很大。20世紀(jì)60年代開始，出現(xiàn)下拉式（下傳動(dòng)）結(jié)構(gòu)，下拉式（下傳動(dòng)）又分為分體組合機(jī)架和整體機(jī)架。

        分體組合機(jī)架，如圖所示，它由兩根立柱3及上、下校梁l、6組成一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的封閉框架，3個(gè)工作缸安裝在下橫梁6上，也隨框架一起運(yùn)動(dòng)，而3工作柱塞7則固定在不動(dòng)的固定梁5上。固定梁上還裝有立柱3的導(dǎo)套和回程缸4，框架以一定的角度（如30度）斜向布置。

下拉式結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：

        1）壓機(jī)本體重心低，幾乎與地面水平接近，因此穩(wěn)定性好。

        2）工作缸在地面以下，地面上幾乎沒有什么管道，當(dāng)用油為工作介質(zhì)時(shí)，不易著火，比較安全。管道連接處不受機(jī)架晃動(dòng)或機(jī)架變形的影響，不易損壞。

        3）上橫梁寬度不取決于工作缸的外徑。因此上橫梁可以做的比較窄，便于操作。

        4）框架按一定角度的斜線布置，在縱、橫兩個(gè)方向上可方便地布置移動(dòng)工作臺(tái)及橫向移砧裝置，操作工人有交寬的工作視野，液壓機(jī)的輸助工具也有較大的工作室間。

        5）液壓機(jī)地面上高度較小，可安裝在高度交低的車間里。

下拉式結(jié)構(gòu)有以下缺點(diǎn)：

        1）地坑深度加深很多，地下工作量交多。

        2）運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量較大，慣性大。

        由干下拉式結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，隨著快速鍛造壓機(jī)的發(fā)展，在中小型鍛造液壓機(jī)中，得到比較廣泛的采用。

        雙柱式機(jī)架比四柱式機(jī)架具有鍛造空間大、壓機(jī)司機(jī)視野開闊，鍛造天車容易接近壓機(jī)中心，鋼錠送進(jìn)及取出均較為方便等優(yōu)點(diǎn)。

4，其它結(jié)構(gòu)形式的鍛造液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式

        雙柱下拉式快鍛液壓機(jī)曾得到很快發(fā)展，成為中、小型快鍛液壓機(jī)的主要形式。但其基本弱點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量、慣性太大，以及主要部件位于地下，不易觀察及檢修，而且要求很深的地下空間，也不利于用于取代車間現(xiàn)有的鍛錘。

        20世紀(jì)70年代中期，英國戴維（Davy）公司開發(fā)了一種新型的、適用于快速鍛造的雙柱上傳動(dòng)鍛造液壓機(jī)。

        這種結(jié)構(gòu)的液壓機(jī)機(jī)架為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，立柱由柱套8及拉桿9組成組成，上橫梁6與下橫梁10通過拉桿9及其兩端的螺母于帶有支承套的柱套8預(yù)緊成一個(gè)剛性封閉框架。立柱的柱套抗彎剛度好，主要支承受偏心鍛造時(shí)的彎矩，而拉桿則僅承受軸向拉力。如圖11-23所示，柱套為空心梯形截面，活動(dòng)橫梁以小形導(dǎo)軌在兩邊柱套的四個(gè)斜平面上導(dǎo)向，導(dǎo)向面的間隙是可以調(diào)節(jié)的。這種結(jié)構(gòu)剛性好，穩(wěn)定性好，而運(yùn)動(dòng)部慣性又比下拉式小，因此快速鍛造時(shí)穩(wěn)定好。