CN2121322U - 多工位无偏载模锻液压机 - Google Patents

Abstract

多工位无偏载模锻液压机是一种液压模锻设 备。本设计原理是使液压机的施加力合力作用点随 工件变形抗力合力的位置移动而随动，这两种力作用 线重合，偏心距接近于零。实施方案是应用液压机中 心主油缸和其两侧对称设置串联或单个油缸的压力 匹配，实现对不同工位工作时动梁的无偏载平衡。该 机结构简单，能耗和总重量大幅度降低，造价为国外 同类设备的进口价10—15％。

Description

多工位无偏载模锻液压机是一种液压模锻设备。

现有的液压机其施力点总是在机床的中心线上，对于多工位锻造，除位于中心线上的工位外，其余工位锻压时其动梁均处于偏载状态。这个偏载力矩使动梁两端行程不同步发生倾斜，从而使模具导柱及机床导轨产生较大的侧向力和摩擦力，加剧了导轨的磨损，破坏密封，影响了锻件精度。为了减少动梁的倾斜，改善动梁工作受力状况，通常采用同步补偿平衡系统或同步节流补偿系统。前者是利用封闭的同步缸平衡偏载力矩，后者是利用各种类型的伺服节流方法，调节流入工作缸中的流量，以改变工作缸的压力来克服偏载力矩。如国产300000KN模锻液压机采用的是动梁同步补偿平衡系统，苏联750000KN模锻液压机采用的是动梁同步节流补偿系统，法国650000KN多向模锻液压机则是采用同步补偿平衡和节流补偿双重作用系统来改善液压机动梁的工作受力状况减少动梁的倾斜。

它们的共同点都是在动梁施力发生偏载以后采取被动  补偿平衡方法，因此不可避免存在如下缺点：动梁阻力大，平衡系统能耗大，存在不灵敏区，工作不够稳定，有时间滞后，动梁仍受一定的力矩，导致液压机结构复杂，液压系统复杂，价格昂贵。

本发明的目的是设计一种新的多工位液压机，从根本上解决动梁对不同工位施力时产生的偏载问题，以克服上述缺点。

应用理论力学对动梁进行受力分析。

驱动力的合力中心座标：

Xc＝

xp（x，y）dσ／P Yc＝

yp（x，y）dσ／P

抗力的合力中心座标：

Xc’＝

xq（x，y）dσ／Q Yc’＝ yq（x，y）dσ／Q

动梁无翻转力矩的平衡条件：

由于锻压过程中驱动力就等于变形抗力，因此动梁无偏载充要条件是：

式中：p（x，y）——驱动力分布函数

q（x，y）——变形抗力分布函数

D——函数有界区域    P——驱动合力

dσ——面积元素    Q——变形抗力合力

本发明的设计原理是使液压机的施加力的合力作用点随工作变形抗力的合力位置移动而随动，两者处于接近或重合状态。即对应不同工位，改变施加力的分布状态，满足动梁无偏载条件。图1是设计原理简图，图中Q₁Q₂Q₃分别是锻件在三个工程的变形抗力合力，P₁，P₂，P₃分别是施力油缸对动梁的作用力。当锻件处于Ⅰ工位时，可列动梁平衡方程：

解出P₁，P₃的大小与P₁，P₃的比值。通过调节P₁，P₃油压的比值、大小或者油压不变调节两侧油缸面积的比值和大小满足动梁平衡的要求，当锻件处于Ⅱ工位时P₁＝P₃＝O则P₂＝Q₂，同理可解出处于Ⅲ工位时P₁、P₃的大小和比值。

本发明的实施方案如下，图2是多工位无偏载液压机结构简图。

图面说明：1——可滑动进油接头，2——柱塞缸，3——主油缸，4——主油缸活塞杆冲头，5——活塞杆串联侧油缸组，6——上横梁，7——动梁，8——立柱，9——锻件，10——下横梁，11——下油缸活塞杆冲头，12——下油缸，13——机座。

这是一种三梁四柱结构型液压机。机座上竖立安装4根立柱，上、下横梁分别固定在4根立柱上，形成一个框形结构。动梁位于上、下固定梁中间可以沿立柱导向上、下运动，中间工位的施力机构是沿液压机中心线设置的柱塞缸，其缸体固联在上横梁中，而柱塞则固联在动梁上，可滑动进油接头则是保证柱塞运动时安全供油不泄漏。柱塞体内设有一个主油缸，主油缸活塞杆冲头可以沿动梁中心孔运动，主油缸两侧对称各设置一组活塞杆串联油缸组，其缸体固联在上横梁内，活塞杆固联在动梁上。如果P₁、P₂、P₃、P₄、P₆、P₇的油缸工作压力均相等为P已知工件变形抗力Q，以第Ⅰ工位为代表根据下面动梁平衡方程式可以解出侧油缸组大小油缸活塞直径d₁，d₂

P₁＋P₂＋P₄＝Q

（P₁＋P₂）l₁＝P₄（l₃＋l₂）

P₂＝P₄P₁＝P₃l₁＝l₃

$d_1=\sqrt{{4P}_1/{\mathrm{\πP}}_1}$ $d_2=\sqrt{{4P}_2/{\mathrm{\πP}}_2}$

圆整后，误差由P₅平衡。在下横梁中沿液压机中心线方向设置一个下油缸，下油缸活塞杆冲头可以沿下横梁中心孔运动，在油压驱动下与主油缸活塞杆冲头同步相向运动，行程开关控制其运动距离。液压系统包括：高压泵动系统、油泵低压供油系统、过滤冷却循环系统、上集成控制系统、下集成控制系统、气水辅助系统等几个主要部分。

以加工铁路货车轴承外圈为例说明多工位无偏载液压机工作过程。该外圈在液压机上完成三个工位，第Ⅰ工位镦粗，第Ⅱ工位反剂成型，第Ⅲ工位冲孔，采用单打加工方式，当工件处于Ⅰ工位时P₁、P₂、P₄油缸加压，当锻件处于Ⅱ工位时，油压首先驱动柱塞P₅合外模，然后P₆和P₇油缸加压，上、下冲头同时相对反挤成型，连皮留在中间，锻件外于Ⅲ工位时，P₂、P₃、P₄油缸加压切除料芯。

该实施例中主轴缸两侧对称设置的串联油缸组还可以改用活塞面积相等的单油缸，锻件处于不同工位加工时，只要改变两侧油缸的油压比来实现无偏载加工。

三个工位同时加工，即连打加工方式，则只要测出三个工位总变形抗力的合力位置，应用动梁的平衡方程式，计算两侧油缸的压力大小和比值，确定两侧油缸活塞受力面积，实现多工位无偏载连打加工。

图3是本发明的另一实施例。

图面说明：1——充液罐，2——充液阀，3——上横梁，4——镦粗油缸，5、7——冲头加压缸，6——上成形柱塞缸，8——冲孔油缸，9——柱塞冲头，10——立柱，11——动梁，12——上横梁，13——下成形油缸。

这种三梁四柱结构液压机特点是各工位工件变形阻力作用线与对应的施力油缸中心完全重合。中间工位的施力机构包括沿液压机中心线设置的柱塞缸和两侧对称设置的冲头加压缸，柱塞缸，冲头加压缸的缸体固联在上横梁中，加压缸活塞杆固联在柱塞冲头上。镦粗油缸和冲孔油缸的中心线分别与Ⅰ、Ⅲ工位锻件中心线重合，它们的缸体固联在上横梁内，活塞杆固联在动梁上。工作过程是：工件位于Ⅰ工位，电磁铁b、d得电，动梁（11）及冲头（9）向下，压力油通过镦粗油缸（4）对工件施力；工件位于Ⅱ工位，电磁铁d、e得电，油缸（4）（8）驱动动梁向下合外模，油缸（5，7）和柱塞缸（6），下成形缸（13）施力驱动上，下冲头相对运动冲工件反挤成形；工件位于Ⅲ工位时，电磁铁a、d得电，动梁（11）及柱塞冲头（9）向下压力油驱动冲孔油缸（8）活塞施力，冲去工件料芯；反程时，电磁铁c、f得电，各油缸反向进油，排油通过换向阀和充液阀回到油箱。

图4是本发明的又一实施例。

图面说明：1——充液罐，2——充液阀，3——上横梁，4——左侧缸，5——中心缸，6——右侧缸，7——立柱，8——动梁，9——下横梁，10——顶出缸。

这种三梁四柱结构液压机，三个油缸的中心线分别与对应工位锻件的中心重合，它们的缸体均固联在上横梁内，活塞杆固联在动梁上，工作过程是：工件位于Ⅰ工位，压力油驱动左侧油缸（4）施力；工件位于Ⅲ工位，压力油驱动右侧油缸（6）施力；工件位于Ⅱ工位，中心缸（5）施力或者三个油缸同时施力，或者左、右侧油缸同时施力。

本发明检索了英国德温特公司的《世界专利索引》（WPI）数据库查询了1963－1991年的世界专利文献，找到了一篇有关多工位液压机的苏联专利文摘（专利号SU1431889）从文摘上看，苏联专利所述的这种多工位模锻液压机没有无偏载的技术特征，此外查询了美国机械工程文摘、美国工程索引等两个数据库，未发现有关多工位无偏载模锻液压机的非专利文献。因此多工位无偏载技术原理的提出和实现填补了国内外空白。由于采用了动梁无偏载技术，才使得结构简单的三梁四柱机型替代了结构复杂的框架机型，简化了动梁液压补偿系统，明显降低了设备能耗。该机造价仅为85万人民币，而从西德引进类似设备进口价为159万美元，国内制造类似设备预算是600万人民币。经过两年多生产验证，这项技术简化了锻造工艺，提高了生产力、材料利用率和锻件质量，与原来的锻锤工艺相比，废品损失降低4.8％，单件节约材料0.6公斤，一次交检合格率提高15％，经济效益十分显著。

Claims (4)

1、一种多工位偏载三动模锻液压机属于液压模锻设备是三梁四柱型结构，上横梁中设置三个施力机构，中间的施力机构位于液压机中心线上，并与中间工位的工件变形抗力以及设置在下横梁中的下油缸中心重合，下油缸活塞杆冲头与下横梁中心孔滑动配合，在油压驱动下，上、下活塞杆冲头相向同步运动，其特征在于：中间的施力机构是一个柱塞缸，其柱塞缸内设有一个主油缸，主油缸的活塞杆冲头与动梁中心孔滑动配合，柱塞缸两侧对称设置的施力机构是由活塞面积不相等的两个油缸以活塞杆串联方式组合而成，其缸体固联在上横梁中，活塞杆固联在动梁上两个油缸活塞直径满足动梁平衡条件：

P₁+P₂+P₄=0 (d₁/2)²π=P₁/P

(P₁+P₂)l₁=P₄(l₂+l₃)

P₂=P₄P₁=P₃l₁=l₃(d₂/2)²π=P₂/P

2、根据权利要求1所述的多工位无偏载三动模锻液压机，其特征在于：在上横梁沿液压机中心设置的柱塞缸两侧的施力机构分别是活塞面积相等的单油缸，通过调节两侧油缸油压比满足动梁平衡。

3、根据权利要求1所述的多工位无偏载三动模锻液压机，其特征在于：上横梁中两侧的施力机构分别为一个单油缸，油缸的中心线分别与其对应工位锻件的变形抗力合力重合，中间工位的施力机构包括沿液压机设置的柱塞缸和柱塞缸两侧对称设置的冲头加压缸，它们的缸体都固联在上横梁中，冲头加压缸的活塞杆固联在柱塞冲头上，通过液压系统向工作工位的对应施力油缸单独进油实现动梁无偏载加压。

4、根据权利要求1、3所述的多工位无偏载三动模锻液压机，其特征在于：中间工位的施力机构是一个单油缸、两侧油缸的中心线分别与其对应工位中心重合，它们的缸体固联在上横梁内，活塞杆固联在动梁上。

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