60mn熱模鍛液壓機的技術(shù)創(chuàng)新

60mn熱模鍛液壓機的技術(shù)創(chuàng)新

1模鍛鋁輪轂相對鑄鋁輪轂鋁合金車輪熱模訓技術(shù)最早用于飛機框架車。隨著現(xiàn)代交通的快速發(fā)展和交通工具的減少，對大型車輛的產(chǎn)量提出了新的熱模型形成要求。國外著名的汽車公司如德國的AUDI公司、大眾公司、美國的通用公司于上世紀90年代末已開始用模鍛鋁輪轂替代鑄鋁輪轂。熱模鍛鋁輪轂相對鑄鋁輪轂有以下優(yōu)點：(1)強度高，剛度大，彈性模量大，疲勞強度高，宜用于輕量化要求高的關(guān)鍵受力部件。(2)材料內(nèi)部組織細密、均勻、無缺陷，可靠性遠遠高于鋁合金鑄件和壓鑄件。(3)鋁輪轂比重輕，易做各種表面處理，散熱性能好。為此,太重集團有限公司新近開發(fā)了新型60MN汽車鋁合金輪轂橫向預緊板框式熱模鍛液壓機，與傳統(tǒng)液壓機相比,機器本體重量減少了30%，成為中國自行研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的首臺，并且也是目前世界上最大噸位的橫向預緊板框式液壓機。2平板腦癱液壓機的結(jié)構(gòu)特征2.1“橫向預緊”的機械裝備橫向預緊板框式液壓機與傳統(tǒng)液壓機的顯著區(qū)別之一，在于液壓機的結(jié)構(gòu)形式不同。延續(xù)上百年的傳統(tǒng)液壓機結(jié)構(gòu)有整體焊接結(jié)構(gòu)、三梁四柱結(jié)構(gòu)、預應力組合框架結(jié)構(gòu)。中小型液壓機一般采用整體焊接結(jié)構(gòu)，大型液壓機則較多采用三梁四柱結(jié)構(gòu)或預應力組合框架結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)基本上包括上梁、底座（下梁）、動梁（滑塊）、拉桿等，在上梁上一般裝有一個或幾個液壓缸，液壓缸由法蘭承載。60MN橫向預緊板框式液壓機（圖1），機架由6塊獨立的板框組成，通過16組高強度螺桿橫向預緊，使6塊板框構(gòu)成一個具有承載能力、強度和剛度的液壓機機架。液壓缸通過液壓缸懸吊裝置固定在板框內(nèi)側(cè)上部，缸底與板框接觸承載。液壓缸柱塞與滑快連接，與回程液壓缸一體驅(qū)動滑快上下運動，滑塊的“X”型導向安裝在機架的外側(cè)板框。工作臺安裝在板框內(nèi)側(cè)下部，通過定位銷固定。采用高強度螺桿橫向預緊液壓機機架是60MN橫向預緊板框式液壓機一項創(chuàng)新的橫向預緊技術(shù)。橫向預緊技術(shù)的關(guān)鍵在于尋求合理的預緊方案。在液壓機機架板框上的適當位置開設預緊螺孔，采用合適的預緊力，從而保證液壓機在承載和受周圍環(huán)境400℃的高溫影響時，液壓機機架的6塊板框在垂直于板框平面的方向不開縫，在平行于板框平面的方向上預緊螺孔位置不發(fā)生相對位移錯動；同時要保證液壓機承載時，液壓機機架“X”型導向的導向精度。在不同的模具閉合高度（300mm～700mm）時，也要精確控制預緊力，防止液壓機機架板框之間開縫。這種結(jié)構(gòu)形式，明顯地降低了設備的重量和造價；由于整個機架不需要焊接，簡化了加工工藝，縮短了投產(chǎn)周期。它不只局限在熱模鍛鋁合金輪轂，而且還可以推廣壓制其他中心載荷的產(chǎn)品。2.2液壓機新型結(jié)構(gòu)的液壓缸結(jié)構(gòu)其(1)60MN橫向預緊板框式液壓機機架的6塊獨立的板框（鋼板），3塊構(gòu)成一組，共兩組，安裝時前后對稱布置。橫向預緊裝置分兩類，一是用于將3塊板框（鋼板）橫向預緊在一體，由螺柱拉桿、預緊螺母、承壓墊等組成（見圖1橫向預緊裝置2和3）；另一是用于將兩組板框（鋼板）橫向預緊在一體，由螺柱拉桿、預緊螺母、承壓墊、承壓梁等組成（見圖1橫向預緊裝置1和4）。將一套特殊的超高壓預緊裝置安裝在拉桿預緊螺母的端部，對拉桿全長施加1.2倍額定拉力負荷的預應力，使承壓墊和承壓梁始終工作于壓應力狀態(tài)。液壓機工作時拉桿承受的拉力為預應力和承壓墊、承壓梁受壓而反作用于拉桿的殘留拉力之和。在壓機反復加載和卸荷過程中，拉桿所受拉應力始終在預應力與壓機工作時所受拉應力之間變化。這樣，拉桿的載荷波動量小，應力變化幅值小，因而提高了預緊裝置的抗疲勞強度、承載能力和安全可靠性。(2）與傳統(tǒng)的三梁四柱結(jié)構(gòu)，或預應力組合框架結(jié)構(gòu)大型液壓機采用缸頭法蘭承載相比較，這種新型結(jié)構(gòu)的液壓機采用液壓缸底承受工作載荷，見圖1。這對于同樣載荷和工作行程的液壓缸而言，由于取消了液壓缸法蘭，缸體長度減少，降低了液壓缸的重量；同時，由于缸底承受工作載荷，大大改善了缸體的受力狀態(tài)，從而提高了液壓缸的強度和剛度。(3）液壓機機架板框（鋼板）內(nèi)側(cè)過渡曲線不是簡單的直角圓?。ㄒ妶D2），而是由斜線和凹入圓弧組成的過渡形線，這種過渡形線是通過優(yōu)化設計產(chǎn)生的，它可以最大限度地減小應力集中。(4）液壓機滑塊的“X”型導向安裝在機架的外側(cè)板框，其導軌面連線交點通過壓機中心,對液壓機模具和上、下模具墊板在熱態(tài)工作時的受熱膨脹有溫度補償作用?；瑝K的導向直接影響液壓機上、下模具的合模精度,從而影響產(chǎn)品的幾何精度,同時也影響模具的使用壽命。H(5）熱模鍛液壓機滑塊下面和工作臺上面分別裝有用于安裝模具的上墊板和下墊板，墊板與工作臺和滑塊之間裝有隔熱墊，可防止工件和模具的熱量傳到工作臺和滑塊上。同時，在上墊板和下墊板還設有加熱裝置和用于溫度測量和控制的熱電耦，使熱模鍛液壓機在熱態(tài)工作時，工件的熱成形溫度保持在最佳溫度范圍。3在整體技術(shù)分析中60MN橫向預緊板框式液壓機采用的主要技術(shù)集中體現(xiàn)了當代大型液壓機的設計和制造技術(shù)水平，反映了國內(nèi)外大型液壓機裝備的發(fā)展趨勢。3.1控制油路操縱系統(tǒng)現(xiàn)代大型液壓機技術(shù)先進性的主要標志之一是油壓直接傳動和電液比例伺服控制技術(shù)的應用。液壓機液壓系統(tǒng)油泵和電液比例閥及電子控制裝置均采用德國REXROTH公司的產(chǎn)品和最新研究成果。電液比例控制變量泵和定量泵設計按一定方式組合、匹配，可產(chǎn)生28MPa的壓力，2000L/min的流量，滿足各個工作缸的運行速度要求。主油路操縱系統(tǒng)采用大通徑二通插裝閥集成控制。各控制閥按程序動作，實現(xiàn)柔性升壓、升速，通過控制各閥的啟閉瞬時動作差，使工作缸柔性換向，設備運行平穩(wěn)，降低了振動和噪聲。集成閥塊和每個液壓缸均設有測壓點，以便故障檢測。系統(tǒng)中多處設置有壓力傳感器，自動采集壓力信號，用于系統(tǒng)控制。主工作液壓缸系統(tǒng)采用電液比例調(diào)壓技術(shù)，除實現(xiàn)工作噸位控制與保護外，還可以采用比例閥和插裝閥組合卸壓系統(tǒng)，按給定卸壓曲線實現(xiàn)系統(tǒng)柔性卸壓，快速平穩(wěn)而不降低生產(chǎn)率。3.2plc與上位機通訊液壓機的電氣控制系統(tǒng)采用上位工業(yè)控制機和工業(yè)可編程序控制器兩級控制，對壓制成形過程實行在線智能管理和控制，使液壓機各機構(gòu)實現(xiàn)最佳匹配運行。PLC采用西門子最新的S7-400系列可編程序控制器，CPU程序存儲容量大、運算速度高，PROFIBUS-DP（工業(yè)現(xiàn)場控制通訊總線）主從接口配置，采用STEP7編程，模塊化程序，輸入/輸出模塊使PLC直接同電氣發(fā)訊元件連接，可對壓制成形過程實現(xiàn)快速響應和有效控制。上位機監(jiān)控界面（HMI）選用工業(yè)計算機（IPC）加視窗控制中心（Wincc）組態(tài)軟件，具有可擴展性，可與工廠計算機通訊，構(gòu)成多層次多面向的計算機大系統(tǒng)。這種工藝過程數(shù)據(jù)庫控制系統(tǒng)具有屏幕啟動、通過輸入相應的產(chǎn)品參數(shù)對機器進行控制等特點，能夠?qū)に囘^程狀態(tài)、各機構(gòu)的行程、速度、壓力和模具墊板溫度等控制參數(shù)進行離線或在線設定及實時動態(tài)顯示，對設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。3.3工作速度控制實現(xiàn)主缸工作速度自動控制是現(xiàn)代液壓機一項最基本的功能要求。60MN汽車鋁合金輪轂熱模鍛液壓機速度控制系統(tǒng)采用的是比例閥控變量泵、位置反饋、容積調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。在操作臺上可進行主缸工作速度的無級設定，由比例變量泵輸出與給定工作速度成比例的流量。采用絕對值編碼器對主缸行程位置進行連續(xù)檢測，檢測信號進入PLC，并由PLC內(nèi)專用的主缸工作速度控制軟件包實現(xiàn)閉環(huán)控制。系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性和低速穩(wěn)定性能，可以對多臺不同排量的定量泵和比例變量泵進行智能自動組合，實現(xiàn)0.5～15mm/s主缸工作速度無級線性閉環(huán)調(diào)節(jié)的最佳控制。3.4油液變質(zhì)和密封加速老化該壓機液壓系統(tǒng)的工作溫度范圍是15℃～55℃因為油溫的變化會引起油粘度的變化,油粘度降低會造成系統(tǒng)的內(nèi)泄或外漏,也會改變管路阻力損失和使泵的容積效率發(fā)生變化,從而導致液壓缸工作速度的不穩(wěn)定，油溫升高會導致油液變質(zhì)和密封加速老化。為此，液壓系統(tǒng)設計有專門的冷卻、加熱系統(tǒng)和溫度監(jiān)控裝置，同時采取有效措施保持液壓系統(tǒng)的工作溫度在合理的范圍。液壓缸工作速度的改變采用變量泵和變量泵與定量泵組合的容積變量法來實現(xiàn),少用節(jié)流調(diào)速及減壓閥,盡量使系統(tǒng)少有溢流,尤其是高壓狀態(tài)的溢流。電液閥的先導控制和高壓變量泵的先導控制要求穩(wěn)定的高壓油源作為動力,系統(tǒng)采用了恒壓泵加蓄能器作為動力源,使壓力恒定,又不產(chǎn)生溢流,節(jié)能又防止發(fā)熱。上、下打料液壓缸緊鄰400℃的模具，受高溫的傳導和輻射，如果液壓缸內(nèi)的液壓油