精锻机锻造箱结构型式及特点

苏建婷，黄艳龙，何雪龙，李佳

（兰州兰石能源装备工程研究院有限公司，甘肃兰州730314）

精锻机锻造箱结构型式及特点

苏建婷，黄艳龙，何雪龙，李佳

（兰州兰石能源装备工程研究院有限公司，甘肃兰州730314）

阐述了精锻机主机的锻造原理，对比主机锻造箱的几种结构型式，分析了各种结构的优缺点。

精锻机；锻造箱；结构

近年来，在“绿色制造、节能减排”的大趋势下，世界各国对锻件质量及性能的要求日益严格，锻件生产向流程高效化、品种专业化、质量高级化发展［1］，对于产品和装备的升级改造有巨大的潜在市场需求。精锻机是一种能锻造轴向延伸类锻件和厚壁管的专用设备，以其独特的四锤头同步锻打原理，无论在锻件的质量、成材率、尺寸精度、自动化程度以及对环境保护、操作者安全等各个方面均有显著提高［2］，在特钢行业中起着无法替代的作用。

锻造箱是精锻机向工件实施锻打的工作单元，是精锻机的核心部件。锻造箱壳体及其中四个相互正交的、且与工件轴线垂直的锻打机构装配成一个整体［3］，并通过调整锤杆的相对位置来控制锻造尺寸的大小，以便于锻造不同规格及截面形状的锻件。本文致力于精锻机锻造箱几种结构形式的分析和研究，为今后精锻机开发研究和设计制造提供参考依据。

1　几种结构型式的锻造箱结构对比分析

1.1机械偏心锻打，油缸偏心轮锤头调节

如图1所示，电机驱动偏心轴旋转，带动滑块在锤杆的滑槽中滑动，从而带动锤头的运动，达到锻造的目的。一个道次锻打结束后，由锤头调节油缸驱动连杆进行往复摆动，连杆带动偏心套转动，使锤杆沿锻造方向进行接近或偏离工件的运动，完成锤头调节的动作，进而控制锻造尺寸的大小。

图1　机械偏心锻打，油缸偏心轮锤头调节式锻造箱

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。同时每个油缸的进出油口安装有压力传感器，当锻造压力超过主机所允许的最大锻造力时，压力传感器发出信号，令活塞作快速退锤运动，使锤头与工件脱离，保护主机不受超载的影响。

此类机械式锻造箱，电液控制较简单，运行维护成本低，性能可靠。但机械制造复杂，摩擦材料的选用和制造要求极高。

1.2机械偏心锻打、液压缸锤头调节

如图2所示，机液式锻造箱同样利用偏心轴的压下量进行高频锻造，在锻造箱中每个锤杆与偏心轴之间设有一个油缸，通过改变该油缸液压油的容积来改变锤头的行程，同时该油缸的压力还可以起到过载保护作用，当该处压力超过设定值时，即锻造力超载，液压系统快速排油，实现退锤保护作用。

图2　机械偏心锻打、液压缸锤头调节式锻造箱

用液压缸进行锤头节，特点是机械制造简单，频次可调，能够获得更高的锻造比，使得锻件的金相组织更均匀，即工件拥有比第一种更加优越的锻透性。但此结构对核心的关键件还有待于认识，电液控制较为复杂，在实际应用中运行成本比较高。

1.3机械偏心锻打、蜗轮螺母锤头调节

此结构型式锻造箱即全机械式锻造箱，如图3所示，采用丝杠螺母进行调节锤杆的相对位置，电机驱动一对蜗轮蜗杆副运动，与蜗轮形成紧配合的螺母随之转动，带动丝杠（锤杆）进行上下往复运动，完成锤头调节的动作。

图3　机械偏心锻打、蜗轮螺母锤头调节式锻造箱

此结构的锻造箱设计更加紧凑，设备可靠性比较高，最高频次可以达到2 000次/min.工件表面质量和精度比较高，主要应用在汽车和军工等领域，且以冷锻为主。但由于丝杠螺母在工作时候，需承受锻造力的冲击，吨位一般不超过6 MN，故此其吨位无法大型化。

1.4液压锻打、液压伺服油缸锤头调节

此结构型式的锻造箱锤杆是由液压驱动，4个往复运动的锤杆由被集成在每个锻造缸中的一个阀门来进行控制，也称全液压式锻造箱，如图4所示。锤杆的运动速度，向前和向后，是由液压先导缸伺服控制，工作活塞随动。为获得良好的容许误差，需测量比较先导缸活塞和锤杆的位置（通过内置于先导缸和锤杆中的磁致伸缩传感器），用以对锤杆的定位进行动态控制。

图4　液压锻打、液压伺服油缸锤头调节式锻造箱

与机械式精锻机基于冲击的锻造变形对比，液压式精锻机锤头在接触工件时几乎整个行程中都可以施加同样的锻造力，具有缓冲和静压保压作用，道次压下量和锤击循环时间是可以大范围调控的。因此液压式精锻机对变形工艺参数有更大、更灵活的调整余地，在破碎晶粒，在改善材料机械性能和快速成型上有一定优势。全液压式精锻机锻造频率相对慢，能耗大约是机械式的3倍。此外对控制要求较高，设备保养维护成本较大。

2　结束语

分析几种锻造箱结构后可知，第一种和第三种机械式精锻机具有结构紧凑、频率高、便于维护等优点，尤其是第三种型式的锻造箱代表着中小型精锻机的发展方向。第二种和第四种全液压型精锻机则且在锻透性方面有很大优势，在大吨位精锻机市场占有较高地位。

［1］尹娟，许信东.国内外特殊钢生产及发展态势［J］.上海金属2008，30（02）：50-54.

［2］陈殿领.利用西门子电气对1400t精锻机进行电气及数控化改造［J］.制造技术与机床2011，65（09）：135-150.

［3］张信军.精锻机夹头设计及关键件有限元分析［D］.天津：河北工业大学，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

苏建婷（1988-），女，甘肃兰州人，本科，助理工程师，主要从事精锻机等设备的设计研发工作。