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傳統(tǒng)的蒸-空兩用鍛錘是上世紀(jì)中前期鍛造行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代液壓技術(shù)和電控技術(shù)的高速發(fā)展，電液錘逐漸發(fā)展起來，尤其在上世紀(jì)八十年代得到突飛猛進的發(fā)展。其中液氣式電液錘通過不斷創(chuàng)新，技術(shù)日趨成熟。該項技術(shù)由于既適合自由鍛，又適合模鍛，因此該項技術(shù)推廣很快，也得到了廣大用戶認可，目前國內(nèi)生產(chǎn)的電液錘的95%以上都是液氣式電液錘。按照技術(shù)成熟程度的高低依次排列出不同結(jié)構(gòu)原理的電液錘：
1)液氣式電液錘；2)全液壓電液錘：3)程控全液壓模鍛錘、4)手動全液壓模鍛錘。 一、液氣式電液錘 1、原理 液氣式電液錘的基本原理是：工作缸上腔是封閉的高壓氮氣，下腔是液壓油，中間靠錘桿活塞隔開，系統(tǒng)對下腔單獨控制，下腔進油，錘頭提升，高壓氮氣受到壓縮，儲存能量，下腔排油，高壓氮氣驅(qū)動活塞帶動錘頭打擊，簡稱“氣壓驅(qū)動，液壓蓄能”。 電液動力頭，它的主體是一個箱體，作為工作時短期容油的油箱(不工作時，油箱內(nèi)的油液經(jīng)回油管進入置于地面的液壓站的油箱內(nèi))，有八條螺栓通過緩沖墊、預(yù)壓彈簧固定在原汽缸的位置，該油箱又稱連缸梁，在其中間裝有主缸，主缸頂部裝有緩沖缸，內(nèi)有緩沖活塞，活塞上部充有一定壓力的氮氣，其壓力與蓄能器上部的氣壓相同。 主缸下部有兩個孔分別與快速放液閥和保險閥連通。液壓站來油通過管路進入箱體右上側(cè)安裝的主操縱閥和蓄能器中，蓄能器下部的油腔直接和主操縱閥相通，上部通過管路接氣瓶組。主缸內(nèi)裝有錘桿活塞，活塞將下部的油液和上部的氮氣分開，活塞上部充有一定壓力的氮氣，并與副氣罐連通。錘桿下部和錘頭剛性連接，靠楔鐵壓緊，操作部分基本不變。液壓系統(tǒng)采用泵——蓄能器——卸荷閥組成的組合傳動恒壓液源，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性又大大降低了裝機容量。電液錘的基本動作是提錘和打擊兩種。 提錘時，只需操縱主閥使油泵蓄能器內(nèi)的高壓油和主缸活塞下腔相通即可。錘桿活塞在高壓油的作用下，迅速完成錘頭的回程。 打擊時，操縱主閥使活塞下腔和油箱相通，快放閥打開，活塞下部的油通過大孔徑通道流回液壓站油箱，同時活塞上部在氣體壓力和錘頭系統(tǒng)重力作用下，使錘頭加速向下運動，直到形成打擊為止。 能量大小的獲得，可用手柄控制打擊行程實現(xiàn)，操縱部分可完成提錘、打擊、回程、慢升、慢降和急停收錘、懸錘等多種動作。 2、結(jié)構(gòu)和組成 ⑴.機身部分包括：左右機身、左右導(dǎo)軌、底座(自由鍛)等；⑵.砧座部分包括：砧座、砧墊、下砧塊(自由鍛)及相關(guān)零件等；⑶.動力頭部分包括：連缸梁、錘頭、錘桿、氣缸、緩沖缸、連接板、上砧塊(自由鍛)等；⑷.液壓站部分包括：油箱、電機——油泵組、電控卸荷閥、閥座、電控溫度表、換熱電機泵組、換熱器、濾油器等；⑸.專用閥、安全閥部分包括：主控操縱閥、快速放液閥、保險閥、霍爾開關(guān)等；⑹.管路、潤滑部分包括：管路支架、油氣管、潤滑泵等；⑺.操縱部分：由操作手柄組合件組成；⑻.氣瓶組部分：氮氣瓶、氣瓶架和匯氣筒、高壓球閥等；⑼.電控部分包括：主電機、冷卻電機、電控箱、按鈕站等；⑽.水冷卻部分包括：冷卻水塔、水池、水泵、電機、水管、閥門(以上用戶自備)；⑾.基礎(chǔ)部分包括：地腳螺栓組件等。 3、技術(shù)創(chuàng)新 安陽鍛壓機械工業(yè)有限公司在推進實施電液錘產(chǎn)業(yè)化過程中，憑借自身的技術(shù)力量，緊密聯(lián)系用戶工藝和要求，勇于攻關(guān)，解決了一系列技術(shù)難題。對電液錘進行了多項創(chuàng)新設(shè)計，創(chuàng)造出具有“安鍛特色”的電液錘產(chǎn)品，介紹如下：⑴.設(shè)計了“X”形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)： 國內(nèi)蒸—空鍛錘的梳形導(dǎo)軌存在力臂短、過定位、無溫度補償功能的缺點。為了不使錘頭因升溫膨脹使導(dǎo)軌間隙減小而導(dǎo)致卡死，只好加大導(dǎo)軌的冷態(tài)間隙。打擊時錘桿受附加彎矩，易斷裂，用于多模腔鍛造時導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重。 為了克服這個弱點，我們對電液錘主機進行了創(chuàng)新設(shè)計，采用“X”形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。由于X型導(dǎo)軌有較長的力臂，錘頭的熱膨脹方向與導(dǎo)軌面方向基本一致，熱膨脹時對導(dǎo)軌間隙影響不大，導(dǎo)軌間隙可以調(diào)得很小(0.2mm左右)，這樣就使得鍛造過程中的偏擊力，全部由錘頭導(dǎo)軌來承擔(dān)，使得錘桿壽命大大提高。 ⑵.延長密封壽命，避免油氣互竄： a.液氣錘工作缸上腔是高壓氮氣，下腔是高壓油，因此早期的電液錘很容易發(fā)生b.采用耐磨、耐高溫的導(dǎo)向環(huán)和具有較強補償能力的Ky圈。c.根據(jù)封油和封氣介質(zhì)的不同，選用邵氏硬度不同的Ky圈。d.加強動力頭的定位。 ⑶.解決非正常壽命錘桿斷裂問題： a.改進錘桿和錘頭聯(lián)接方式，依據(jù)摩擦學(xué)原理，設(shè)計出了3套件(壓件、錐套、錘桿)漲緊結(jié)構(gòu)，使得錘桿由原來的“雙錐結(jié)構(gòu)”改為“單錐結(jié)構(gòu)”，大大避免了應(yīng)力集中的產(chǎn)生，從而達到了既聯(lián)接可靠又拆卸方便。錘桿壽命成倍提高。b.錘桿表面進行了滾壓處理，提高了表面硬化層，從而提高錘桿的使用壽命。 ⑷.解決了閥的靈活性問題； 早期的電液錘操作靈活性差及慢降動作不好一直是用戶頭疼的一個問題，過去曾經(jīng)流傳過“自由鍛電液錘并不自由”，針對這一問題，我們采取以下措施： a.改進二級閥的設(shè)計，加大節(jié)流孔的面積，從而提高慢降過程中的流量和流速。b.縮短主閥與二級閥的距離，實現(xiàn)“零距離”連接，從而縮短了二級閥的反應(yīng)速度，消除了容積效應(yīng)的影響。 ⑸.粗錘桿理論用于動力頭改造； 電液錘柔性細錘桿理論是很著名的，它是德國Lasco公司發(fā)明的，電液錘柔性細錘桿理論，徹底改變了原蒸—空鍛錘的“導(dǎo)軌—錘頭—錘桿”系統(tǒng)的剛性條件，使鍛造過程中的偏擊力，大部分由錘頭導(dǎo)軌來承擔(dān)，這對于自由鍛錘來說，由于其鍛造工藝特點，偏擊力不大，這時柔性細錘桿正好發(fā)揮其獨特的優(yōu)越性。 但對于多模腔鍛造的模鍛錘實施“換頭”改造，“柔性細錘桿理論”顯然是不適用的。由于多模腔鍛造的偏擊力很大，再加上終鍛時冷擊現(xiàn)象嚴(yán)重，所以，導(dǎo)致導(dǎo)軌早期損壞嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)“卡錘”現(xiàn)象。因此，我們在進行“換頭”改造時，對于多模腔鍛造且偏載力大的模鍛錘，仍然沿用蒸—空鍛錘的“剛性粗錘桿理論”，取得滿意效果。 ⑹.創(chuàng)新設(shè)計連缸梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 早期的電液錘動力頭從主操作閥到二級閥閥座是由一根無縫管相連，兩端焊接。這根管在工作過程中受交變載荷，錘頭回程時該管帶載，錘頭打擊時該管卸荷，周而復(fù)始，所以對工況比較惡劣的錘就會出現(xiàn)管子破裂和焊縫開裂的現(xiàn)象。 由于這根管在連缸梁的箱體內(nèi)部，一旦失效，很難修復(fù)，即使修復(fù)也很難保證質(zhì)量，所以它就成為一個較大隱患，也是影響動力頭壽命的主要因素。為解決這個問題，我們將二級閥閥座直接移到主閥下面，去掉了這根焊接管，而缸體采用整體優(yōu)質(zhì)鑄鋼件，從而實現(xiàn)連缸梁內(nèi)部的無管化連接，提高了電液錘關(guān)鍵零件的可靠性。 ⑺.開發(fā)設(shè)計了大通徑閥和二級閥； 隨著大噸位電液錘開發(fā)設(shè)計，主缸下腔油環(huán)形面積越來越大，必須有配套通徑的快放閥和主閥，才能保證大噸位錘的打擊能量和打擊頻率。我們在原有的50型閥的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計了配套的70型主閥和二級閥，后又開發(fā)80型主閥和二級閥。我們在1噸、2噸自由鍛和模鍛電液錘采用50型閥，在3噸自由鍛和3噸、5噸模鍛電液錘上采用70型閥，在5噸自由鍛電液錘上采用80型閥。 ⑻.新型的防撞頂裝置使保護更加安全可靠； 自由鍛錘的錘頭運動特點是快打、快提，錘頭撞頂機率高，對緩沖缸的緩沖特性要求高。通過對早期的電液錘緩沖缸結(jié)構(gòu)缺點分析，我們改進了設(shè)計，將緩沖缸和蓄能器的氣腔連同，使其壓力匹配，提高了防撞頂?shù)目煽啃浴?/P> ⑼.解決系統(tǒng)發(fā)熱問題 電液錘系統(tǒng)發(fā)熱問題，也是一個很大的技術(shù)難題，它嚴(yán)重影響系統(tǒng)的密封性能和工作性能，對此，我們采取了以下措施，有效控制了系統(tǒng)發(fā)熱問題。一是最大限度地減少系統(tǒng)液阻，合理選擇油管通徑，把流速控制在合理范圍內(nèi)，二是提高主閥和二級閥耐磨損能力，減少內(nèi)卸，三是采用散熱系數(shù)較高的板式換熱器和較大流量的冷卻泵，提高冷卻速度和油的循環(huán)次數(shù)。 ⑽.解決油路振動問題； 電液錘的油路振動問題，對系統(tǒng)的可靠運行也是一大危害。為此我們采用阻斷震動源和緩沖振動波的方法，取得了很好效果。一是凡與主機連接的管道和與液壓站連接的高壓管道都采用彈性連接；二是在高壓管道上增加緩沖蓄能器；三是壓力表全部采用耐震壓力表，表座用四根拉簧懸掛起來，連接管采用微型膠管連接。 二、全液壓電液錘 全液壓電液錘是工作缸上下腔工作介質(zhì)全部采用液壓油，工作缸下腔始終接蓄能器通常壓，液壓控制系統(tǒng)單獨對上腔控制。提錘時，控制打擊閥使上腔接通油箱，即可實現(xiàn)。打擊時，控制打擊閥使上腔與下腔聯(lián)通，此時上下腔油壓相等但作用面積大小不一樣，因而能實現(xiàn)差動打擊。 從原理上可以看出，在打擊過程中上下腔要同時進出油，雙腔流動，因此油速受很大的限制，否則效率會很低，最好的解決方式是降低流速。一但速度下降，要保持打擊能量不變的情況(E=1/2mv2)，錘頭質(zhì)量必須加大。而要保持較高的打擊頻次的話，必須降低行程。簡單地說就是“大錘頭、短行程”，因此全液壓錘僅適用于模鍛錘上，尤其適合程控的模鍛錘上，而不適合對手動操作靈活性很強的自由鍛上。這種理論，我們可以從國際上鍛錘發(fā)展趨勢得到驗證。 三、程控全液壓模鍛錘 1、原理： 程控全液壓模鍛錘的基本原理是：采用油泵-蓄能器傳動，油缸下腔通常壓，液壓系統(tǒng)對上腔進行單腔控制。上腔進油閥(亦稱打擊閥)打開，來自油泵、蓄能器以及通過差動回路引來的下腔的共三部分高壓油進入上腔，實現(xiàn)錘頭的加速向下和打擊行程，上腔一旦卸壓，錘頭立即快速回程，打擊能量以控制打擊閥閉合時間的長短來實現(xiàn)。 2、基本結(jié)構(gòu) ⑴.機身采取立柱與砧座為一體的“U”形機身。這種結(jié)構(gòu)形式雖然給鑄造、起重和機械加工帶來一定的困難，但卻有如下優(yōu)點：a.增加了立柱的縱向、橫向和傾覆剛度，確保了錘頭的精確導(dǎo)向，有利于提高原材料的利用率；b.U形機身使二個立柱亦成為砧座重量的一部分，有利于整機重量的降低和打擊效率的提高；c.U形實心鑄造機身產(chǎn)生的打擊噪音明顯小于箱形和弓形立柱的機身。 ⑵.導(dǎo)軌：國內(nèi)蒸—空鍛錘的梳形導(dǎo)軌有力臂短，無溫度補償?shù)娜秉c。為了不使錘頭因升溫膨脹使導(dǎo)軌間隙減小而導(dǎo)致卡死，只好加大導(dǎo)軌的冷態(tài)間隙，這就是在蒸—空鍛錘上難以進行精密模鍛的原因。我公司開發(fā)的50KJ程控全液壓錘采用“X“形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。由于錘頭受熱時呈徑向輻射狀膨脹，導(dǎo)向面呈對角線布置，就不會因錘頭受熱膨脹而減小導(dǎo)向間隙。我公司的程控錘加大了導(dǎo)板的寬度，X形導(dǎo)軌又有較長的力臂，這就會明顯地減小偏擊時作用在導(dǎo)軌面上的比壓，有利于延長導(dǎo)板的使用壽命。 ⑶.液壓系統(tǒng) a.液壓系統(tǒng)采用油泵—蓄能器組合傳動，主油缸下腔始終與蓄能器相通，為常壓。液壓系統(tǒng)僅控制上腔，它是通過對打擊閥閉合時間的控制來實現(xiàn)打擊能量的大小，打擊閥是三級控制閥，先導(dǎo)閥是一個二位三通換向閥，系統(tǒng)對它的質(zhì)量要求很高，既要有高頻率而且重復(fù)精度要求較高，因此我們選用進口原裝件； b.打擊閥采用錐閥結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的滑閥相比，具有無磨損的優(yōu)點，密封可靠性大大提高； c.油箱采用頂置式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部油路封閉在主閥塊上，這樣的結(jié)構(gòu)使得液壓系統(tǒng)實現(xiàn)了集成化，與油箱采用旁置式結(jié)構(gòu)相比，管道系統(tǒng)長度大大縮短，能量損失降低1倍以上，另外通過集成化，油路連接實現(xiàn)了無管化連接，增加了連接的可靠性； d.液壓系統(tǒng)中在蓄能器與下腔之間設(shè)置了安全閥，一旦錘桿從中間斷裂，馬上將下腔油與蓄能器切斷，從而提高了使用的安全性。 ⑷.減振系統(tǒng)采用德國(青島)隔而固技術(shù)，從而隔離了鍛錘在打擊過程中產(chǎn)生的振動。 ⑸.程控系統(tǒng)是根據(jù)鍛件需求程序控制打擊能量和打擊次數(shù)，我公司的程控全液壓錘采用OMRON中型C200HS可編程序控制器，并配以數(shù)字輸入輸出模塊，用以在控制面板上設(shè)定打擊能量。在保護系統(tǒng)采用四路模擬量輸入。電動機采用預(yù)埋溫度傳感器方法，采集溫度數(shù)據(jù)以供PLC分析，油溫用插入式傳感器采集油溫變化，用以全過程PID(循環(huán)控制)調(diào)節(jié)。 ⑴.能實現(xiàn)打擊能量的精確控制。 該程控錘通過精確控制打擊閥的閉合時間，既保證了鍛件所需的能量，又不產(chǎn)生額外的沖擊動能，因此一些關(guān)鍵零部件如錘桿、錘頭及上下模具的壽命大大提高。 ⑵.回程速度很快。 由于主油缸下腔始終通蓄能器，上腔一旦卸壓，能迅速抬錘，因此模具接觸時間短，該性能與能量精確控制相結(jié)合，可以使鍛模使用壽命提高1倍以上。 ⑶.鍛造精度高： 該產(chǎn)品由于導(dǎo)軌采用“X”形結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)軌間隙可以調(diào)得很小，打出的鍛件精度很高。 ⑷.材料利用率很高 由于能量可以控制，因而制坯精度很高，打出的鍛件飛邊較為均勻，又由于鍛造精度高，上下模不會出現(xiàn)錯模現(xiàn)象，因此材料利用率很高，為少無切削奠定了基礎(chǔ)。 ⑸.低噪音 由于該產(chǎn)品屬打擊能量可程控設(shè)備，因此編制程序，使鍛件打成，但不多給剩余能量，因此噪音很小。傳統(tǒng)鍛錘的操作者是靠聽模具打靠聲音來判斷鍛件是否打成，有時判斷不準(zhǔn)，習(xí)慣于多打幾下，實際是多余的。 ⑹.無撞頂現(xiàn)象 通過精確計算和設(shè)計液壓系統(tǒng)中阻尼孔和節(jié)流孔尺寸，使得錘頭到頂緩沖下來，很平穩(wěn)，無一點撞頂現(xiàn)象的發(fā)生。 ⑺.低振動 由于該產(chǎn)品打擊能量可程控，無多余能量產(chǎn)生，加上錘身下部裝有德國技術(shù)生產(chǎn)的隔而固品牌隔振器，對周圍機床、居民區(qū)無任何影響。 ⑻.環(huán)保： 由于該產(chǎn)品在打擊過程中，沖擊噪音小，又有減振器，振動小，因而是一種環(huán)保型產(chǎn)品。 ⑼.鍛件質(zhì)量較為穩(wěn)定 由于通過程序控制器的控制，各種各樣鍛件的鍛造工序可存入程序中，隨時根據(jù)需要調(diào)出來使用，因此同一種鍛件可以得到一致的打擊能量和打擊次數(shù)，避免了人工操作的多樣性，因此鍛件質(zhì)量比較穩(wěn)定。 四、手動全液壓模鍛錘 1、原理： 手動全液壓模鍛錘的基本原理是：采用油泵--蓄能器傳動，通過一個手動式滑閥起先導(dǎo)閥作用來控制四個大通徑插裝閥來實現(xiàn)提錘、懸錘、慢降、打擊等動作。 2、與程控錘相比的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： ⑴.操作機構(gòu)既可手動操作，也可腳踏操作，能量的大小靠操作者控制錘頭行程來實現(xiàn)，操作比較靈活。⑵.結(jié)構(gòu)較簡單，維修方便。 缺點： ⑴.能量不能精確控制，難以實現(xiàn)精密鍛造；⑵.由于油壓比程控錘小，因此行程較長，打擊頻率較小，生產(chǎn)效率偏低。 |