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摘 要：锻件是热加工领域的基础技术，是金属材料的主要组成部分材料可锻造，以提高其内部质量，工件形状和综合力学性能。锻造能力强，锻造工艺水平关系到一个国家工业、农业、国防和科技的发展。随着中国经济全球化步伐的加快，锻造工业作为中国机械制造业的基础产业迅速发展。基于此，本文主要对自由锻造液压机的技术现状及设计进行分析探讨。
关键词：自由锻造；液压机；技术现状；设计分析
1 前言
近些年来，随着我国电力、能源、汽车、航空航天等行业的发展，锻造行业发展迅猛，各类锻件的需求急速增加。锻造实现机械化和自动化，向世界先进水平靠拢已迫在眉睫，锻造装备的更新换代也势在必行。
2 锻造油压机的研发
以45000kN锻造油压机的研发过程为例，对锻造油压机的结构、控制特点进行综合分析。
2.1技术调访及方案确定
通过对我国中小型锻造厂锻造工艺的调查，发现国内需求最大的自由锻造液压机主要用于拉拔、镦锻、铰孔、成形等锻造工艺。操作机器通常是一种简单、独立的控制机器。另外，根据自由锻压的工艺特点、工作环境以及国内现有锻压企业的技术水平和经济承载力，研制的液压锻压机必须具备以下特点：主机刚性大。主机的设计应充分考虑其抗卸载能力。因此，主机结构的强度和刚度均高于普通冲床。同时，考虑到锻压工作环境的恶劣条件，压力机应具有良好的抗碰撞能力。工作速度快，提升压力快。俗话说“趁热打铁”，快速锻造才能有效降低锻造成本。锻压机操作安全可靠。特别是大吨位锻造油压机，如果设备故障率高，在加热炉中锻造时间长，造成能源浪费。充分考虑了液压油的隔爆问题。锻压机必须充分考虑安全问题，因为油点低，如果不考虑安全问题，一旦火花出现，后果不堪设想。考虑到中国中小型锻造厂的经济实力。设备配置要适中，影响设备运行可靠性的关键部件使用世界上最好的品牌产品。为了优化设备的性价比，其他一些辅助部件尽可能多地在国内制造。
根据上面的锻造液压机的特点，我们做自由锻造液压机的设计方案。设备总体布局：电站、地面以上电控柜及主机隔离、主机与电站之间的操作台、移动台与地面。为了降低液压系统的压力损失，在设备顶部设置三级泄压阀块。液压系统的其他控制閥和辅助装置都在主油箱的顶部。配件：2路阀芯的先导控制阀为德国力士乐产品，密封元件为德国默克尔产品。电子控制PLC与日本欧姆龙产品。锻压设备主要参数的确定：尽量接近液压机的几何参数，以保证锻压机可以交替使用锻件。总之，锻造液压机研制的技术难点是主油缸快速卸压，即三级卸压系统和大型零部件的结构设计。
2.245000kN锻造液压机的设计说明
2.2.1主机部分
主机部分由机身、主油缸、充液装置等组成。机身由上梁、下横梁通过四根立柱、立柱锁母形成受力框架。立柱与上梁、下横梁之间采用工频感应加热预紧法预紧。滑块依靠四根立柱作导向上下运动。上梁、滑块、下横梁为结构件，材料采用Q235-A，拉压应力取值比普通压机低20%左右。立柱采用45#锻钢，螺纹均采用45°锯齿形螺纹，拉应力取值比普通压机低30%左右。主油缸采用三缸布置，中间缸为20000kN，两侧缸为12500kN，实现20000/45000kN两级压制。压机所有油缸均采用柱塞式油缸结构，缸体材料采用35#锻钢，应力取值比普通压机低20%。柱塞杆采用45#锻钢，表面中频淬火，其硬度为HRC45～52。缸口导向套采用抗压耐磨的ZQSn6-6-3青铜材料，密封圈采用德国MERKEL公司“V”型密封组件。
2.2.2移动工作台
移动工作台由工作台板、防护拖板及驱动油缸组成。工作台板、防护拖板均为铸钢件ZG270-500，油缸与工作台板联接方式采用球面铰接，工作台板和防护拖板有足够的刚度，既要抗一定的热变形又要耐砸撞。
2.2.3液压控制系统
液压控制系统由油泵电机组、二通插装阀、冷却过滤、管路等组成，借助于电控系统来实现压机的各种工艺动作。锻造油压机工作方式一般设有定压控制和定程控制，动作方式有调整动作和手动动作。
（1）45000kN锻造液压机的主油泵电机组由三十台250MCY14-1B定量轴向柱塞泵和三十台Y315L1-6-B3电动机组成，总排量为7500l/min，总电机驱动功率为3300kW。泵头控制阀块安装在油泵的出油口，以减少管路安装和沿程压力损失。
（2）二通插装阀块。为了便于维护，减少液压系统不必要的压力损失，合理布置液压控制阀块，按功能将其分为6个功能控制阀块。出口泵头控制阀块。主油泵超压保护，空载放油。延长主气缸控制阀块。主要完成了压力分级控制和主油缸向下技术动作，实现了快进和动态转换。回转主油缸控制阀块。完成主油缸慢回、快回动作转换和回压调整。主要是油缸三级泄压阀块。主要完成主油缸快速无冲击压力排放，在快速锻造过程中完成主油缸油液快速排放。控制阀块安装在支架移动台上。完成移动工作台的工艺移动及液压锁紧的控制。排放阀控制阀块。完成灌装阀的开启和控制，配合主缸上的空腔控制阀块，在吨位小时提高设备的工作速度。
（3）充液阀。灌装阀采用2个Dg275和4个Dg200。灌装阀的主要功能是吸收和排出主缸内的油。当滑块快速向下移动时，由于主缸上腔内形成负压，导致灌装阀被吸开，灌装缸内大量的油被注入缸内，以补充油量不足。当滑块进入时，灌装阀关闭，压力油由主油泵供给油缸。当滑块返回时，打开灌装阀，将油从钢瓶中排放到灌装罐中。需要注意的是，锻压机由于其速度快、滑块工作频率高，不适合在锻压机上使用。本机液压灌装阀仅适用于锻压机单独使用。具有一定的刚性，对大阀芯的上下行程采用刚性限制。大阀芯的开启由液压缸控制。
（4）冷却过滤系统。由于锻造压机工作环境差，设备使用频率高，对工作介质油温控制很有必要，这样不仅能大幅度地提高液压系统运行的可靠性，也能延长液压元器件和密封元件的使用寿命。本机配有四组30m2的板式水冷机组，同时预留了多个可安装强制冷机组的接口，以备用户根据设备的使用情况增加制冷机组。同时本机还配有油液过滤系统，可对油液进行定期过滤。
（5）管路。锻造液压机液压系统内部液压冲击非常大。因此，管路系统的设计也很重要。一般管内流速取值不大于5mm/s，管夹分布应合理，尽量不使用高压软管，各连接法兰由平面径向密封，改成圆柱面轴向密封，同时要考虑充液箱快速排油，方便维修等，尽可能减小管路的长度和弯管数量。
2.2.4电控系统
本机电气控制系统分为动力系统和控制系统两部分。
电源部分包括控制电源、各电机的启停和保护开关。大电机启动降压，电源为三相四线AC380V、50Hz。控制部分包括控制箱、操作平台、控制箱安装PLC可编程控制系统，可以完全控制媒体的所有的行动，主要的工作站可以完成所有操作机器的操作，操作面板配备处理、各种操作按钮，显示的压力，各种报警指示器，突然的停止按钮，等。此外，在锻压机润滑系统设计和安全保护中充分考虑了锻压机的特点和工作环境。
3 结语
总之，随着锻造行业的快速发展，一些先进的控制技术和控制元件的出现以及可靠的应用，中国的锻造设备将逐步接近国际先进水平。我们真诚地希望中国的锻造行业蓬勃发展。我们希望为中国锻造行业服务的锻造设备制造商继续努力，努力为行业提供最好、最先进的锻造设备。
参考文献
[1]王仲仁，皇甫骅，辛宗仁，等.锻造.锻压手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]俞新陆，何德誉，等.锻压车间设备.锻压手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
（作者单位：太重（天津）滨海重型机械有限公司）
关键词：自由锻造；液压机；技术现状；设计分析
1 前言
近些年来，随着我国电力、能源、汽车、航空航天等行业的发展，锻造行业发展迅猛，各类锻件的需求急速增加。锻造实现机械化和自动化，向世界先进水平靠拢已迫在眉睫，锻造装备的更新换代也势在必行。
2 锻造油压机的研发
以45000kN锻造油压机的研发过程为例，对锻造油压机的结构、控制特点进行综合分析。
2.1技术调访及方案确定
通过对我国中小型锻造厂锻造工艺的调查，发现国内需求最大的自由锻造液压机主要用于拉拔、镦锻、铰孔、成形等锻造工艺。操作机器通常是一种简单、独立的控制机器。另外，根据自由锻压的工艺特点、工作环境以及国内现有锻压企业的技术水平和经济承载力，研制的液压锻压机必须具备以下特点：主机刚性大。主机的设计应充分考虑其抗卸载能力。因此，主机结构的强度和刚度均高于普通冲床。同时，考虑到锻压工作环境的恶劣条件，压力机应具有良好的抗碰撞能力。工作速度快，提升压力快。俗话说“趁热打铁”，快速锻造才能有效降低锻造成本。锻压机操作安全可靠。特别是大吨位锻造油压机，如果设备故障率高，在加热炉中锻造时间长，造成能源浪费。充分考虑了液压油的隔爆问题。锻压机必须充分考虑安全问题，因为油点低，如果不考虑安全问题，一旦火花出现，后果不堪设想。考虑到中国中小型锻造厂的经济实力。设备配置要适中，影响设备运行可靠性的关键部件使用世界上最好的品牌产品。为了优化设备的性价比，其他一些辅助部件尽可能多地在国内制造。
根据上面的锻造液压机的特点，我们做自由锻造液压机的设计方案。设备总体布局：电站、地面以上电控柜及主机隔离、主机与电站之间的操作台、移动台与地面。为了降低液压系统的压力损失，在设备顶部设置三级泄压阀块。液压系统的其他控制閥和辅助装置都在主油箱的顶部。配件：2路阀芯的先导控制阀为德国力士乐产品，密封元件为德国默克尔产品。电子控制PLC与日本欧姆龙产品。锻压设备主要参数的确定：尽量接近液压机的几何参数，以保证锻压机可以交替使用锻件。总之，锻造液压机研制的技术难点是主油缸快速卸压，即三级卸压系统和大型零部件的结构设计。
2.245000kN锻造液压机的设计说明
2.2.1主机部分
主机部分由机身、主油缸、充液装置等组成。机身由上梁、下横梁通过四根立柱、立柱锁母形成受力框架。立柱与上梁、下横梁之间采用工频感应加热预紧法预紧。滑块依靠四根立柱作导向上下运动。上梁、滑块、下横梁为结构件，材料采用Q235-A，拉压应力取值比普通压机低20%左右。立柱采用45#锻钢，螺纹均采用45°锯齿形螺纹，拉应力取值比普通压机低30%左右。主油缸采用三缸布置，中间缸为20000kN，两侧缸为12500kN，实现20000/45000kN两级压制。压机所有油缸均采用柱塞式油缸结构，缸体材料采用35#锻钢，应力取值比普通压机低20%。柱塞杆采用45#锻钢，表面中频淬火，其硬度为HRC45～52。缸口导向套采用抗压耐磨的ZQSn6-6-3青铜材料，密封圈采用德国MERKEL公司“V”型密封组件。
2.2.2移动工作台
移动工作台由工作台板、防护拖板及驱动油缸组成。工作台板、防护拖板均为铸钢件ZG270-500，油缸与工作台板联接方式采用球面铰接，工作台板和防护拖板有足够的刚度，既要抗一定的热变形又要耐砸撞。
2.2.3液压控制系统
液压控制系统由油泵电机组、二通插装阀、冷却过滤、管路等组成，借助于电控系统来实现压机的各种工艺动作。锻造油压机工作方式一般设有定压控制和定程控制，动作方式有调整动作和手动动作。
（1）45000kN锻造液压机的主油泵电机组由三十台250MCY14-1B定量轴向柱塞泵和三十台Y315L1-6-B3电动机组成，总排量为7500l/min，总电机驱动功率为3300kW。泵头控制阀块安装在油泵的出油口，以减少管路安装和沿程压力损失。
（2）二通插装阀块。为了便于维护，减少液压系统不必要的压力损失，合理布置液压控制阀块，按功能将其分为6个功能控制阀块。出口泵头控制阀块。主油泵超压保护，空载放油。延长主气缸控制阀块。主要完成了压力分级控制和主油缸向下技术动作，实现了快进和动态转换。回转主油缸控制阀块。完成主油缸慢回、快回动作转换和回压调整。主要是油缸三级泄压阀块。主要完成主油缸快速无冲击压力排放，在快速锻造过程中完成主油缸油液快速排放。控制阀块安装在支架移动台上。完成移动工作台的工艺移动及液压锁紧的控制。排放阀控制阀块。完成灌装阀的开启和控制，配合主缸上的空腔控制阀块，在吨位小时提高设备的工作速度。
（3）充液阀。灌装阀采用2个Dg275和4个Dg200。灌装阀的主要功能是吸收和排出主缸内的油。当滑块快速向下移动时，由于主缸上腔内形成负压，导致灌装阀被吸开，灌装缸内大量的油被注入缸内，以补充油量不足。当滑块进入时，灌装阀关闭，压力油由主油泵供给油缸。当滑块返回时，打开灌装阀，将油从钢瓶中排放到灌装罐中。需要注意的是，锻压机由于其速度快、滑块工作频率高，不适合在锻压机上使用。本机液压灌装阀仅适用于锻压机单独使用。具有一定的刚性，对大阀芯的上下行程采用刚性限制。大阀芯的开启由液压缸控制。
（4）冷却过滤系统。由于锻造压机工作环境差，设备使用频率高，对工作介质油温控制很有必要，这样不仅能大幅度地提高液压系统运行的可靠性，也能延长液压元器件和密封元件的使用寿命。本机配有四组30m2的板式水冷机组，同时预留了多个可安装强制冷机组的接口，以备用户根据设备的使用情况增加制冷机组。同时本机还配有油液过滤系统，可对油液进行定期过滤。
（5）管路。锻造液压机液压系统内部液压冲击非常大。因此，管路系统的设计也很重要。一般管内流速取值不大于5mm/s，管夹分布应合理，尽量不使用高压软管，各连接法兰由平面径向密封，改成圆柱面轴向密封，同时要考虑充液箱快速排油，方便维修等，尽可能减小管路的长度和弯管数量。
2.2.4电控系统
本机电气控制系统分为动力系统和控制系统两部分。
电源部分包括控制电源、各电机的启停和保护开关。大电机启动降压，电源为三相四线AC380V、50Hz。控制部分包括控制箱、操作平台、控制箱安装PLC可编程控制系统，可以完全控制媒体的所有的行动，主要的工作站可以完成所有操作机器的操作，操作面板配备处理、各种操作按钮，显示的压力，各种报警指示器，突然的停止按钮，等。此外，在锻压机润滑系统设计和安全保护中充分考虑了锻压机的特点和工作环境。
3 结语
总之，随着锻造行业的快速发展，一些先进的控制技术和控制元件的出现以及可靠的应用，中国的锻造设备将逐步接近国际先进水平。我们真诚地希望中国的锻造行业蓬勃发展。我们希望为中国锻造行业服务的锻造设备制造商继续努力，努力为行业提供最好、最先进的锻造设备。
参考文献
[1]王仲仁，皇甫骅，辛宗仁，等.锻造.锻压手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]俞新陆，何德誉，等.锻压车间设备.锻压手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
（作者单位：太重（天津）滨海重型机械有限公司）