韓露+郭賀賀+徐響

摘要：現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的重要特點(diǎn)是在壓制過程中具有相當(dāng)?shù)膲褐茝?qiáng)度，為了提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性，我們必須對現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)采取相應(yīng)的措施。文章主要針對現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：重型模鍛液壓機(jī)；壓制精度；壓制效果；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：TG315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0006-02

重型模鍛液壓機(jī)通常情況下指的是100MN以上的基本噸位，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娏?、船舶、航空航天行業(yè)。重型模鍛液壓機(jī)是我國大型鍛件在模鍛過程中的重要設(shè)備，由于我國在重型模鍛液壓機(jī)技術(shù)方面發(fā)展較晚，過去很長時間內(nèi)，其嚴(yán)重制約我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，但是就現(xiàn)階段而言，我國成為世界擁有最多數(shù)量、最大噸位重型模鍛鍛壓設(shè)備的國家，我國在重型模鍛液壓機(jī)的應(yīng)用和實(shí)踐方面已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)的水平。以下我們主要針對重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

由于重型模鍛液壓機(jī)具有相當(dāng)大的負(fù)載，造成其在設(shè)計(jì)的過程中對于設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度具有嚴(yán)格的要求，因此使重型模鍛液壓機(jī)設(shè)備的制造具有很大的困難，在一定程度上限制了其數(shù)量。在20世紀(jì)60年代，傳統(tǒng)的重型模鍛液壓機(jī)屬于泵-蓄勢器傳動水壓機(jī)，這種設(shè)備一直處于恒壓的情況下進(jìn)行運(yùn)動，這種工作模式的工作速度受到鍛件變形抗力的影響；而現(xiàn)階段生產(chǎn)的重型模鍛液壓機(jī)基本上處于恒流量傳動模式，并將超高壓技術(shù)融入其中，使得在鍛造過程中，其精度和效率得到了顯著的提高，超高壓技術(shù)決定了重型模鍛液壓機(jī)的基本特征。

電力、船舶、航空航天行業(yè)都需要高強(qiáng)度的合金和高溫合金的高技術(shù)含量的器材，其在鍛造過程中單位面積的模具壓力比高達(dá)2000MPa，為了達(dá)到這種單位面積的模具壓力比，最有效的方法是提高液壓壓力，只有這樣才能最大限度地提高壓機(jī)壓力，或者是采取超高壓技術(shù)，采用此種技術(shù)的效果是在較小的單位面積上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓制強(qiáng)度?，F(xiàn)代化的重型模鍛液壓機(jī)主要是以大型超高壓工作模式，提高單位面積的模具壓力比，從而減少結(jié)構(gòu)的整體種類和縮減相應(yīng)架構(gòu)的尺寸，進(jìn)而減少制造成本。在此前提上，必須要解決壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題。

1.1 壓缸結(jié)構(gòu)問題

重型模鍛液壓機(jī)的壓缸是整個液壓機(jī)的中樞神經(jīng)，重型模鍛液壓機(jī)壓缸的基本強(qiáng)度直接關(guān)系到整個模鍛液壓機(jī)的有效使用。在小型和中型模鍛液壓機(jī)設(shè)計(jì)過程中一般采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中一般不適用于重型模鍛液壓機(jī)壓缸設(shè)計(jì)，主要是因?yàn)槠胀▔焊自谶\(yùn)行過程中由于其壓力有限造成整體缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化不大，處于可控制范圍內(nèi)，但是對于重型模鍛液壓機(jī)壓缸設(shè)計(jì)而言，其巨大的壓力使得缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)形變較大，嚴(yán)重地影響整體運(yùn)行，容易發(fā)生缸底裂痕，主要是由于應(yīng)力集中導(dǎo)致。另外是由于液壓壓缸的基本特點(diǎn)造成的，由液壓壓缸的受力特點(diǎn)分析可知，其內(nèi)壁的受力特點(diǎn)極度的不均衡，其內(nèi)外壁切向應(yīng)力，可以根據(jù)相應(yīng)公式得到如下公式：

式中：

—內(nèi)壁切向應(yīng)力

—外壁切向應(yīng)力

K—內(nèi)外徑的比例

圖1 重型液壓缸結(jié)構(gòu)模型圖

從公式中我們可以得出以下結(jié)論，當(dāng)內(nèi)外徑的比例增大時，我們的切向應(yīng)力比就會增大。這就說明我們?nèi)藶榈卦黾油饷娴牟牧系倪^程并不是完全合理的，不能夠有效地提高其真實(shí)的承載能力。當(dāng)油壓處于一定的水平時，就不可能單純地利用增加內(nèi)壁厚度，因?yàn)檫@所有的值都是固定的，不可能通過增加內(nèi)壁厚度得以實(shí)現(xiàn)。

因此而言，我們必須對其采用新的結(jié)構(gòu)模式。

在超高壓的重型液壓缸的設(shè)計(jì)過程中完全取消了傳統(tǒng)非應(yīng)力式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體缸底模型，采用如圖1所示的嵌入式缸底模型。

液壓缸保持通孔形狀，內(nèi)壁光滑無臺階，有利于內(nèi)壁的加工，并且避免了壁厚變化而引起的應(yīng)力集中。獨(dú)立的缸底嵌入缸筒，用螺栓將兩者連接，并以可靠的密封封閉高壓油。除此之外，更加重要的是采用了預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從整體上提高了系統(tǒng)的承載能力。

1.2 間隙密封性問題

對于間隙密封性問題而言，本身系統(tǒng)的密封性無問題，產(chǎn)生問題的主要原因是在高壓力運(yùn)行過程中缸壁由于液壓缸承受內(nèi)壓的原因造成一定的膨脹，對于膨脹而言造成這種現(xiàn)象主要跟壓力成正比。例如在實(shí)際運(yùn)行過程中，一個400MN的液壓缸，當(dāng)其內(nèi)壓處于130MPa的情況時，若內(nèi)徑為972mm，對于其內(nèi)壁膨脹可以高達(dá)2.0mm，再加上在內(nèi)壁制作的過程中保留的間隙，此時的內(nèi)壁間隙甚至高達(dá)2.5mm，因此而言，間隙密封性是一個重大問題，同時也是一個難題。

（a）初始狀態(tài) （b）工作狀態(tài)

圖2 高壓密閉性組成圖

通常情況下造成密封問題的關(guān)鍵原因是在運(yùn)行的過程中密封器具被破壞，過去的密封材料通常其材質(zhì)較軟，選擇這樣的密封材料的目的是為了適應(yīng)其形變，但是這種較軟的材質(zhì)容易被破壞，對于超高壓間隙密封性問題更加不適合。因此對于超高壓間隙密封性問題，我們擬采用支撐件，這個支撐件的密閉性、強(qiáng)度較好，最重要的原因是支撐件能夠?qū)?nèi)壁進(jìn)行一定的補(bǔ)償，通過補(bǔ)償可以最大限度地保證超高壓過程中的密閉性問題。這種形式已經(jīng)在個別單位投入使用了，使用的等級為200MN和100MN，已經(jīng)證明是具有一定的可行性。高壓密閉性組成圖如圖2所示。

從圖2中可以明顯地看出，起初是狀態(tài)和工作狀態(tài)膨脹狀態(tài)的變換。

2 重型模鍛液壓機(jī)的其他技術(shù)分析

對于預(yù)應(yīng)力超高壓液壓缸的初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基本思想是通常是在液壓缸內(nèi)壁預(yù)先建立切向壓應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力），這個預(yù)應(yīng)力的構(gòu)造程度與工作狀態(tài)產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加，這樣做的目的在于能夠盡可能多地減小或消除缸壁上的切向拉應(yīng)力，使液壓缸始終處于切向壓應(yīng)力或壓應(yīng)變狀態(tài)，以提高液壓缸的承載能力、發(fā)揮缸壁材料的強(qiáng)度潛力、提高抗疲勞性能。

對于重型液壓機(jī)，除液壓缸外，另一個重要的關(guān)鍵部件就是承載機(jī)架，在對承載機(jī)架設(shè)計(jì)的過程中，由于其機(jī)架設(shè)計(jì)原因，具有較高的強(qiáng)度和可靠性，但是橫梁和立柱就較易出現(xiàn)問題，解決的方法是將橫梁和立柱分開，再用預(yù)緊力將它們連接成整體，即預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的機(jī)架。

3 結(jié)語

本文主要針對重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，通過分析壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題，首先介紹了過去壓缸結(jié)構(gòu)和其間隙密封性的缺點(diǎn)，其次基于缺點(diǎn)對壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題進(jìn)行了針對性的分析，從而為以后提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞新陸.液壓機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2] 俞新陸，楊津光.液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與控制[M].北京：

機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[3] 林宗棠.重型預(yù)應(yīng)力混凝土水壓機(jī)研究[M].北京：

清華大學(xué)出版社，1988.

[4] 米海耶夫·B.A.，太原重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)科鍛壓設(shè)計(jì)

室.超高壓液壓機(jī)設(shè)備[M].北京：中國工業(yè)出版

社，1964.

[5] 顏永年，俞新陸.機(jī)械設(shè)計(jì)中的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)[M].北

京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

作者簡介：韓露（1984—），男，湖北武昌人，江蘇省徐州市特種鍛壓機(jī)床廠主管設(shè)計(jì)師，助理工程師，研究方向：液壓機(jī)設(shè)計(jì)與鍛壓工藝。

摘要：現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的重要特點(diǎn)是在壓制過程中具有相當(dāng)?shù)膲褐茝?qiáng)度，為了提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性，我們必須對現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)采取相應(yīng)的措施。文章主要針對現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：重型模鍛液壓機(jī)；壓制精度；壓制效果；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：TG315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0006-02

重型模鍛液壓機(jī)通常情況下指的是100MN以上的基本噸位，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娏Α⒋?、航空航天行業(yè)。重型模鍛液壓機(jī)是我國大型鍛件在模鍛過程中的重要設(shè)備，由于我國在重型模鍛液壓機(jī)技術(shù)方面發(fā)展較晚，過去很長時間內(nèi)，其嚴(yán)重制約我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，但是就現(xiàn)階段而言，我國成為世界擁有最多數(shù)量、最大噸位重型模鍛鍛壓設(shè)備的國家，我國在重型模鍛液壓機(jī)的應(yīng)用和實(shí)踐方面已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)的水平。以下我們主要針對重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

由于重型模鍛液壓機(jī)具有相當(dāng)大的負(fù)載，造成其在設(shè)計(jì)的過程中對于設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度具有嚴(yán)格的要求，因此使重型模鍛液壓機(jī)設(shè)備的制造具有很大的困難，在一定程度上限制了其數(shù)量。在20世紀(jì)60年代，傳統(tǒng)的重型模鍛液壓機(jī)屬于泵-蓄勢器傳動水壓機(jī)，這種設(shè)備一直處于恒壓的情況下進(jìn)行運(yùn)動，這種工作模式的工作速度受到鍛件變形抗力的影響；而現(xiàn)階段生產(chǎn)的重型模鍛液壓機(jī)基本上處于恒流量傳動模式，并將超高壓技術(shù)融入其中，使得在鍛造過程中，其精度和效率得到了顯著的提高，超高壓技術(shù)決定了重型模鍛液壓機(jī)的基本特征。

電力、船舶、航空航天行業(yè)都需要高強(qiáng)度的合金和高溫合金的高技術(shù)含量的器材，其在鍛造過程中單位面積的模具壓力比高達(dá)2000MPa，為了達(dá)到這種單位面積的模具壓力比，最有效的方法是提高液壓壓力，只有這樣才能最大限度地提高壓機(jī)壓力，或者是采取超高壓技術(shù)，采用此種技術(shù)的效果是在較小的單位面積上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓制強(qiáng)度?，F(xiàn)代化的重型模鍛液壓機(jī)主要是以大型超高壓工作模式，提高單位面積的模具壓力比，從而減少結(jié)構(gòu)的整體種類和縮減相應(yīng)架構(gòu)的尺寸，進(jìn)而減少制造成本。在此前提上，必須要解決壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題。

1.1 壓缸結(jié)構(gòu)問題

重型模鍛液壓機(jī)的壓缸是整個液壓機(jī)的中樞神經(jīng)，重型模鍛液壓機(jī)壓缸的基本強(qiáng)度直接關(guān)系到整個模鍛液壓機(jī)的有效使用。在小型和中型模鍛液壓機(jī)設(shè)計(jì)過程中一般采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中一般不適用于重型模鍛液壓機(jī)壓缸設(shè)計(jì)，主要是因?yàn)槠胀▔焊自谶\(yùn)行過程中由于其壓力有限造成整體缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化不大，處于可控制范圍內(nèi)，但是對于重型模鍛液壓機(jī)壓缸設(shè)計(jì)而言，其巨大的壓力使得缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)形變較大，嚴(yán)重地影響整體運(yùn)行，容易發(fā)生缸底裂痕，主要是由于應(yīng)力集中導(dǎo)致。另外是由于液壓壓缸的基本特點(diǎn)造成的，由液壓壓缸的受力特點(diǎn)分析可知，其內(nèi)壁的受力特點(diǎn)極度的不均衡，其內(nèi)外壁切向應(yīng)力，可以根據(jù)相應(yīng)公式得到如下公式：

式中：

—內(nèi)壁切向應(yīng)力

—外壁切向應(yīng)力

K—內(nèi)外徑的比例

圖1 重型液壓缸結(jié)構(gòu)模型圖

從公式中我們可以得出以下結(jié)論，當(dāng)內(nèi)外徑的比例增大時，我們的切向應(yīng)力比就會增大。這就說明我們?nèi)藶榈卦黾油饷娴牟牧系倪^程并不是完全合理的，不能夠有效地提高其真實(shí)的承載能力。當(dāng)油壓處于一定的水平時，就不可能單純地利用增加內(nèi)壁厚度，因?yàn)檫@所有的值都是固定的，不可能通過增加內(nèi)壁厚度得以實(shí)現(xiàn)。

因此而言，我們必須對其采用新的結(jié)構(gòu)模式。

在超高壓的重型液壓缸的設(shè)計(jì)過程中完全取消了傳統(tǒng)非應(yīng)力式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體缸底模型，采用如圖1所示的嵌入式缸底模型。

液壓缸保持通孔形狀，內(nèi)壁光滑無臺階，有利于內(nèi)壁的加工，并且避免了壁厚變化而引起的應(yīng)力集中。獨(dú)立的缸底嵌入缸筒，用螺栓將兩者連接，并以可靠的密封封閉高壓油。除此之外，更加重要的是采用了預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從整體上提高了系統(tǒng)的承載能力。

1.2 間隙密封性問題

對于間隙密封性問題而言，本身系統(tǒng)的密封性無問題，產(chǎn)生問題的主要原因是在高壓力運(yùn)行過程中缸壁由于液壓缸承受內(nèi)壓的原因造成一定的膨脹，對于膨脹而言造成這種現(xiàn)象主要跟壓力成正比。例如在實(shí)際運(yùn)行過程中，一個400MN的液壓缸，當(dāng)其內(nèi)壓處于130MPa的情況時，若內(nèi)徑為972mm，對于其內(nèi)壁膨脹可以高達(dá)2.0mm，再加上在內(nèi)壁制作的過程中保留的間隙，此時的內(nèi)壁間隙甚至高達(dá)2.5mm，因此而言，間隙密封性是一個重大問題，同時也是一個難題。

（a）初始狀態(tài) （b）工作狀態(tài)

圖2 高壓密閉性組成圖

通常情況下造成密封問題的關(guān)鍵原因是在運(yùn)行的過程中密封器具被破壞，過去的密封材料通常其材質(zhì)較軟，選擇這樣的密封材料的目的是為了適應(yīng)其形變，但是這種較軟的材質(zhì)容易被破壞，對于超高壓間隙密封性問題更加不適合。因此對于超高壓間隙密封性問題，我們擬采用支撐件，這個支撐件的密閉性、強(qiáng)度較好，最重要的原因是支撐件能夠?qū)?nèi)壁進(jìn)行一定的補(bǔ)償，通過補(bǔ)償可以最大限度地保證超高壓過程中的密閉性問題。這種形式已經(jīng)在個別單位投入使用了，使用的等級為200MN和100MN，已經(jīng)證明是具有一定的可行性。高壓密閉性組成圖如圖2所示。

從圖2中可以明顯地看出，起初是狀態(tài)和工作狀態(tài)膨脹狀態(tài)的變換。

2 重型模鍛液壓機(jī)的其他技術(shù)分析

對于預(yù)應(yīng)力超高壓液壓缸的初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基本思想是通常是在液壓缸內(nèi)壁預(yù)先建立切向壓應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力），這個預(yù)應(yīng)力的構(gòu)造程度與工作狀態(tài)產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加，這樣做的目的在于能夠盡可能多地減小或消除缸壁上的切向拉應(yīng)力，使液壓缸始終處于切向壓應(yīng)力或壓應(yīng)變狀態(tài)，以提高液壓缸的承載能力、發(fā)揮缸壁材料的強(qiáng)度潛力、提高抗疲勞性能。

對于重型液壓機(jī)，除液壓缸外，另一個重要的關(guān)鍵部件就是承載機(jī)架，在對承載機(jī)架設(shè)計(jì)的過程中，由于其機(jī)架設(shè)計(jì)原因，具有較高的強(qiáng)度和可靠性，但是橫梁和立柱就較易出現(xiàn)問題，解決的方法是將橫梁和立柱分開，再用預(yù)緊力將它們連接成整體，即預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的機(jī)架。

3 結(jié)語

本文主要針對重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，通過分析壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題，首先介紹了過去壓缸結(jié)構(gòu)和其間隙密封性的缺點(diǎn)，其次基于缺點(diǎn)對壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題進(jìn)行了針對性的分析，從而為以后提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞新陸.液壓機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[2] 俞新陸，楊津光.液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與控制[M].北京：

機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[3] 林宗棠.重型預(yù)應(yīng)力混凝土水壓機(jī)研究[M].北京：

清華大學(xué)出版社，1988.

[4] 米海耶夫·B.A.，太原重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)科鍛壓設(shè)計(jì)

室.超高壓液壓機(jī)設(shè)備[M].北京：中國工業(yè)出版

社，1964.

[5] 顏永年，俞新陸.機(jī)械設(shè)計(jì)中的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)[M].北

京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

作者簡介：韓露（1984—），男，湖北武昌人，江蘇省徐州市特種鍛壓機(jī)床廠主管設(shè)計(jì)師，助理工程師，研究方向：液壓機(jī)設(shè)計(jì)與鍛壓工藝。

摘要：現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的重要特點(diǎn)是在壓制過程中具有相當(dāng)?shù)膲褐茝?qiáng)度，為了提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性，我們必須對現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)采取相應(yīng)的措施。文章主要針對現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：重型模鍛液壓機(jī)；壓制精度；壓制效果；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：TG315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0006-02

重型模鍛液壓機(jī)通常情況下指的是100MN以上的基本噸位，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娏?、船舶、航空航天行業(yè)。重型模鍛液壓機(jī)是我國大型鍛件在模鍛過程中的重要設(shè)備，由于我國在重型模鍛液壓機(jī)技術(shù)方面發(fā)展較晚，過去很長時間內(nèi)，其嚴(yán)重制約我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，但是就現(xiàn)階段而言，我國成為世界擁有最多數(shù)量、最大噸位重型模鍛鍛壓設(shè)備的國家，我國在重型模鍛液壓機(jī)的應(yīng)用和實(shí)踐方面已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)的水平。以下我們主要針對重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

由于重型模鍛液壓機(jī)具有相當(dāng)大的負(fù)載，造成其在設(shè)計(jì)的過程中對于設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度具有嚴(yán)格的要求，因此使重型模鍛液壓機(jī)設(shè)備的制造具有很大的困難，在一定程度上限制了其數(shù)量。在20世紀(jì)60年代，傳統(tǒng)的重型模鍛液壓機(jī)屬于泵-蓄勢器傳動水壓機(jī)，這種設(shè)備一直處于恒壓的情況下進(jìn)行運(yùn)動，這種工作模式的工作速度受到鍛件變形抗力的影響；而現(xiàn)階段生產(chǎn)的重型模鍛液壓機(jī)基本上處于恒流量傳動模式，并將超高壓技術(shù)融入其中，使得在鍛造過程中，其精度和效率得到了顯著的提高，超高壓技術(shù)決定了重型模鍛液壓機(jī)的基本特征。

電力、船舶、航空航天行業(yè)都需要高強(qiáng)度的合金和高溫合金的高技術(shù)含量的器材，其在鍛造過程中單位面積的模具壓力比高達(dá)2000MPa，為了達(dá)到這種單位面積的模具壓力比，最有效的方法是提高液壓壓力，只有這樣才能最大限度地提高壓機(jī)壓力，或者是采取超高壓技術(shù)，采用此種技術(shù)的效果是在較小的單位面積上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓制強(qiáng)度?，F(xiàn)代化的重型模鍛液壓機(jī)主要是以大型超高壓工作模式，提高單位面積的模具壓力比，從而減少結(jié)構(gòu)的整體種類和縮減相應(yīng)架構(gòu)的尺寸，進(jìn)而減少制造成本。在此前提上，必須要解決壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題。

1.1 壓缸結(jié)構(gòu)問題

重型模鍛液壓機(jī)的壓缸是整個液壓機(jī)的中樞神經(jīng)，重型模鍛液壓機(jī)壓缸的基本強(qiáng)度直接關(guān)系到整個模鍛液壓機(jī)的有效使用。在小型和中型模鍛液壓機(jī)設(shè)計(jì)過程中一般采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中一般不適用于重型模鍛液壓機(jī)壓缸設(shè)計(jì)，主要是因?yàn)槠胀▔焊自谶\(yùn)行過程中由于其壓力有限造成整體缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化不大，處于可控制范圍內(nèi)，但是對于重型模鍛液壓機(jī)壓缸設(shè)計(jì)而言，其巨大的壓力使得缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)形變較大，嚴(yán)重地影響整體運(yùn)行，容易發(fā)生缸底裂痕，主要是由于應(yīng)力集中導(dǎo)致。另外是由于液壓壓缸的基本特點(diǎn)造成的，由液壓壓缸的受力特點(diǎn)分析可知，其內(nèi)壁的受力特點(diǎn)極度的不均衡，其內(nèi)外壁切向應(yīng)力，可以根據(jù)相應(yīng)公式得到如下公式：

式中：

—內(nèi)壁切向應(yīng)力

—外壁切向應(yīng)力

K—內(nèi)外徑的比例

圖1 重型液壓缸結(jié)構(gòu)模型圖

從公式中我們可以得出以下結(jié)論，當(dāng)內(nèi)外徑的比例增大時，我們的切向應(yīng)力比就會增大。這就說明我們?nèi)藶榈卦黾油饷娴牟牧系倪^程并不是完全合理的，不能夠有效地提高其真實(shí)的承載能力。當(dāng)油壓處于一定的水平時，就不可能單純地利用增加內(nèi)壁厚度，因?yàn)檫@所有的值都是固定的，不可能通過增加內(nèi)壁厚度得以實(shí)現(xiàn)。

因此而言，我們必須對其采用新的結(jié)構(gòu)模式。

在超高壓的重型液壓缸的設(shè)計(jì)過程中完全取消了傳統(tǒng)非應(yīng)力式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體缸底模型，采用如圖1所示的嵌入式缸底模型。

液壓缸保持通孔形狀，內(nèi)壁光滑無臺階，有利于內(nèi)壁的加工，并且避免了壁厚變化而引起的應(yīng)力集中。獨(dú)立的缸底嵌入缸筒，用螺栓將兩者連接，并以可靠的密封封閉高壓油。除此之外，更加重要的是采用了預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從整體上提高了系統(tǒng)的承載能力。

1.2 間隙密封性問題

對于間隙密封性問題而言，本身系統(tǒng)的密封性無問題，產(chǎn)生問題的主要原因是在高壓力運(yùn)行過程中缸壁由于液壓缸承受內(nèi)壓的原因造成一定的膨脹，對于膨脹而言造成這種現(xiàn)象主要跟壓力成正比。例如在實(shí)際運(yùn)行過程中，一個400MN的液壓缸，當(dāng)其內(nèi)壓處于130MPa的情況時，若內(nèi)徑為972mm，對于其內(nèi)壁膨脹可以高達(dá)2.0mm，再加上在內(nèi)壁制作的過程中保留的間隙，此時的內(nèi)壁間隙甚至高達(dá)2.5mm，因此而言，間隙密封性是一個重大問題，同時也是一個難題。

（a）初始狀態(tài) （b）工作狀態(tài)

圖2 高壓密閉性組成圖

通常情況下造成密封問題的關(guān)鍵原因是在運(yùn)行的過程中密封器具被破壞，過去的密封材料通常其材質(zhì)較軟，選擇這樣的密封材料的目的是為了適應(yīng)其形變，但是這種較軟的材質(zhì)容易被破壞，對于超高壓間隙密封性問題更加不適合。因此對于超高壓間隙密封性問題，我們擬采用支撐件，這個支撐件的密閉性、強(qiáng)度較好，最重要的原因是支撐件能夠?qū)?nèi)壁進(jìn)行一定的補(bǔ)償，通過補(bǔ)償可以最大限度地保證超高壓過程中的密閉性問題。這種形式已經(jīng)在個別單位投入使用了，使用的等級為200MN和100MN，已經(jīng)證明是具有一定的可行性。高壓密閉性組成圖如圖2所示。

從圖2中可以明顯地看出，起初是狀態(tài)和工作狀態(tài)膨脹狀態(tài)的變換。

2 重型模鍛液壓機(jī)的其他技術(shù)分析

對于預(yù)應(yīng)力超高壓液壓缸的初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基本思想是通常是在液壓缸內(nèi)壁預(yù)先建立切向壓應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力），這個預(yù)應(yīng)力的構(gòu)造程度與工作狀態(tài)產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加，這樣做的目的在于能夠盡可能多地減小或消除缸壁上的切向拉應(yīng)力，使液壓缸始終處于切向壓應(yīng)力或壓應(yīng)變狀態(tài)，以提高液壓缸的承載能力、發(fā)揮缸壁材料的強(qiáng)度潛力、提高抗疲勞性能。

對于重型液壓機(jī)，除液壓缸外，另一個重要的關(guān)鍵部件就是承載機(jī)架，在對承載機(jī)架設(shè)計(jì)的過程中，由于其機(jī)架設(shè)計(jì)原因，具有較高的強(qiáng)度和可靠性，但是橫梁和立柱就較易出現(xiàn)問題，解決的方法是將橫梁和立柱分開，再用預(yù)緊力將它們連接成整體，即預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的機(jī)架。

3 結(jié)語

本文主要針對重型模鍛液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，通過分析壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題，首先介紹了過去壓缸結(jié)構(gòu)和其間隙密封性的缺點(diǎn)，其次基于缺點(diǎn)對壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題進(jìn)行了針對性的分析，從而為以后提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機(jī)的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性提供了依據(jù)。

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作者簡介：韓露（1984—），男，湖北武昌人，江蘇省徐州市特種鍛壓機(jī)床廠主管設(shè)計(jì)師，助理工程師，研究方向：液壓機(jī)設(shè)計(jì)與鍛壓工藝。