專利名稱：多工位無偏載模鍛液壓機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
多工位無偏載模鍛液壓機(jī)是一種液壓模鍛設(shè)備。
現(xiàn)有的液壓機(jī)其施力點(diǎn)總是在機(jī)床的中心線上，對(duì)于多工位鍛造，除位于中心線上的工位外，其余工位鍛壓時(shí)其動(dòng)梁均處于偏載狀態(tài)。這個(gè)偏載力矩使動(dòng)梁兩端行程不同步發(fā)生傾斜，從而使模具導(dǎo)柱及機(jī)床導(dǎo)軌產(chǎn)生較大的側(cè)向力和摩擦力，加劇了導(dǎo)軌的磨損，破壞密封，影響了鍛件精度。為了減少動(dòng)梁的傾斜，改善動(dòng)梁工作受力狀況，通常采用同步補(bǔ)償平衡系統(tǒng)或同步節(jié)流補(bǔ)償系統(tǒng)。前者是利用封閉的同步缸平衡偏載力矩，后者是利用各種類型的伺服節(jié)流方法，調(diào)節(jié)流入工作缸中的流量，以改變工作缸的壓力來克服偏載力矩。如國產(chǎn)300000KN模鍛液壓機(jī)采用的是動(dòng)梁同步補(bǔ)償平衡系統(tǒng)，蘇聯(lián)750000KN模鍛液壓機(jī)采用的是動(dòng)梁同步節(jié)流補(bǔ)償系統(tǒng)，法國650000KN多向模鍛液壓機(jī)則是采用同步補(bǔ)償平衡和節(jié)流補(bǔ)償雙重作用系統(tǒng)來改善液壓機(jī)動(dòng)梁的工作受力狀況減少動(dòng)梁的傾斜。
它們的共同點(diǎn)都是在動(dòng)梁施力發(fā)生偏載以后采取被動(dòng) 補(bǔ)償平衡方法，因此不可避免存在如下缺點(diǎn)動(dòng)梁阻力大，平衡系統(tǒng)能耗大，存在不靈敏區(qū)，工作不夠穩(wěn)定，有時(shí)間滯后，動(dòng)梁仍受一定的力矩，導(dǎo)致液壓機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種新的多工位液壓機(jī)，從根本上解決動(dòng)梁對(duì)不同工位施力時(shí)產(chǎn)生的偏載問題，以克服上述缺點(diǎn)。
應(yīng)用理論力學(xué)對(duì)動(dòng)梁進(jìn)行受力分析。
驅(qū)動(dòng)力的合力中心座標(biāo)Xc＝
xp(x，y)dσ／P Yc＝
yp(x，y)dσ／P抗力的合力中心座標(biāo)Xc’＝
xq(x，y)dσ／Q Yc’＝
yq(x，y)dσ／Q動(dòng)梁無翻轉(zhuǎn)力矩的平衡條件
由于鍛壓過程中驅(qū)動(dòng)力就等于變形抗力，因此動(dòng)梁無偏載充要條件是
式中p(x，y)——驅(qū)動(dòng)力分布函數(shù)q(x，y)——變形抗力分布函數(shù)D——函數(shù)有界區(qū)域P——驅(qū)動(dòng)合力dσ——面積元素Q——變形抗力合力本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是使液壓機(jī)的施加力的合力作用點(diǎn)隨工作變形抗力的合力位置移動(dòng)而隨動(dòng)，兩者處于接近或重合狀態(tài)。即對(duì)應(yīng)不同工位，改變施加力的分布狀態(tài)，滿足動(dòng)梁無偏載條件。

圖1是設(shè)計(jì)原理簡圖，圖中Q1Q2Q3分別是鍛件在三個(gè)工程的變形抗力合力，P1，P2，P3分別是施力油缸對(duì)動(dòng)梁的作用力。當(dāng)鍛件處于Ⅰ工位時(shí)，可列動(dòng)梁平衡方程
解出P1，P3的大小與P1，P3的比值。通過調(diào)節(jié)P1，P3油壓的比值、大小或者油壓不變調(diào)節(jié)兩側(cè)油缸面積的比值和大小滿足動(dòng)梁平衡的要求，當(dāng)鍛件處于Ⅱ工位時(shí)P1＝P3＝O則P2＝Q2，同理可解出處于Ⅲ工位時(shí)P1、P3的大小和比值。
本發(fā)明的實(shí)施方案如下，圖2是多工位無偏載液壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖。
圖面說明1——可滑動(dòng)進(jìn)油接頭，2——柱塞缸，3——主油缸，4——主油缸活塞桿沖頭，5——活塞桿串聯(lián)側(cè)油缸組，6——上橫梁，7——?jiǎng)恿海?——立柱，9——鍛件，10——下橫梁，11——下油缸活塞桿沖頭，12——下油缸，13——機(jī)座。
這是一種三梁四柱結(jié)構(gòu)型液壓機(jī)。機(jī)座上豎立安裝4根立柱，上、下橫梁分別固定在4根立柱上，形成一個(gè)框形結(jié)構(gòu)。動(dòng)梁位于上、下固定梁中間可以沿立柱導(dǎo)向上、下運(yùn)動(dòng)，中間工位的施力機(jī)構(gòu)是沿液壓機(jī)中心線設(shè)置的柱塞缸，其缸體固聯(lián)在上橫梁中，而柱塞則固聯(lián)在動(dòng)梁上，可滑動(dòng)進(jìn)油接頭則是保證柱塞運(yùn)動(dòng)時(shí)安全供油不泄漏。柱塞體內(nèi)設(shè)有一個(gè)主油缸，主油缸活塞桿沖頭可以沿動(dòng)梁中心孔運(yùn)動(dòng)，主油缸兩側(cè)對(duì)稱各設(shè)置一組活塞桿串聯(lián)油缸組，其缸體固聯(lián)在上橫梁內(nèi)，活塞桿固聯(lián)在動(dòng)梁上。如果P1、P2、P3、P4、P6、P7的油缸工作壓力均相等為P已知工件變形抗力Q，以第Ⅰ工位為代表根據(jù)下面動(dòng)梁平衡方程式可以解出側(cè)油缸組大小油缸活塞直徑d1，d2P1＋P2＋P4＝Q(P1＋P2)l1＝P4(l3＋l2)P2＝P4P1＝P3l1＝l3d1=4P1/πP1]]>d2=4P2/πP2]]>圓整后，誤差由P5平衡。在下橫梁中沿液壓機(jī)中心線方向設(shè)置一個(gè)下油缸，下油缸活塞桿沖頭可以沿下橫梁中心孔運(yùn)動(dòng)，在油壓驅(qū)動(dòng)下與主油缸活塞桿沖頭同步相向運(yùn)動(dòng)，行程開關(guān)控制其運(yùn)動(dòng)距離。液壓系統(tǒng)包括高壓泵動(dòng)系統(tǒng)、油泵低壓供油系統(tǒng)、過濾冷卻循環(huán)系統(tǒng)、上集成控制系統(tǒng)、下集成控制系統(tǒng)、氣水輔助系統(tǒng)等幾個(gè)主要部分。
以加工鐵路貨車軸承外圈為例說明多工位無偏載液壓機(jī)工作過程。該外圈在液壓機(jī)上完成三個(gè)工位，第Ⅰ工位鐓粗，第Ⅱ工位反劑成型，第Ⅲ工位沖孔，采用單打加工方式，當(dāng)工件處于Ⅰ工位時(shí)P1、P2、P4油缸加壓，當(dāng)鍛件處于Ⅱ工位時(shí)，油壓首先驅(qū)動(dòng)柱塞P5合外模，然后P6和P7油缸加壓，上、下沖頭同時(shí)相對(duì)反擠成型，連皮留在中間，鍛件外于Ⅲ工位時(shí)，P2、P3、P4油缸加壓切除料芯。
該實(shí)施例中主軸缸兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的串聯(lián)油缸組還可以改用活塞面積相等的單油缸，鍛件處于不同工位加工時(shí)，只要改變兩側(cè)油缸的油壓比來實(shí)現(xiàn)無偏載加工。
三個(gè)工位同時(shí)加工，即連打加工方式，則只要測出三個(gè)工位總變形抗力的合力位置，應(yīng)用動(dòng)梁的平衡方程式，計(jì)算兩側(cè)油缸的壓力大小和比值，確定兩側(cè)油缸活塞受力面積，實(shí)現(xiàn)多工位無偏載連打加工。
圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖面說明1——充液罐，2——充液閥，3——上橫梁，4——鐓粗油缸，5、7——沖頭加壓缸，6——上成形柱塞缸，8——沖孔油缸，9——柱塞沖頭，10——立柱，11——?jiǎng)恿海?2——上橫梁，13——下成形油缸。
這種三梁四柱結(jié)構(gòu)液壓機(jī)特點(diǎn)是各工位工件變形阻力作用線與對(duì)應(yīng)的施力油缸中心完全重合。中間工位的施力機(jī)構(gòu)包括沿液壓機(jī)中心線設(shè)置的柱塞缸和兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的沖頭加壓缸，柱塞缸，沖頭加壓缸的缸體固聯(lián)在上橫梁中，加壓缸活塞桿固聯(lián)在柱塞沖頭上。鐓粗油缸和沖孔油缸的中心線分別與Ⅰ、Ⅲ工位鍛件中心線重合，它們的缸體固聯(lián)在上橫梁內(nèi)，活塞桿固聯(lián)在動(dòng)梁上。工作過程是工件位于Ⅰ工位，電磁鐵b、d得電，動(dòng)梁(11)及沖頭(9)向下，壓力油通過鐓粗油缸(4)對(duì)工件施力；工件位于Ⅱ工位，電磁鐵d、e得電，油缸(4)(8)驅(qū)動(dòng)動(dòng)梁向下合外模，油缸(5，7)和柱塞缸(6)，下成形缸(13)施力驅(qū)動(dòng)上，下沖頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)沖工件反擠成形；工件位于Ⅲ工位時(shí)，電磁鐵a、d得電，動(dòng)梁(11)及柱塞沖頭(9)向下壓力油驅(qū)動(dòng)沖孔油缸(8)活塞施力，沖去工件料芯；反程時(shí)，電磁鐵c、f得電，各油缸反向進(jìn)油，排油通過換向閥和充液閥回到油箱。
圖4是本發(fā)明的又一實(shí)施例。
圖面說明1——充液罐，2——充液閥，3——上橫梁，4——左側(cè)缸，5——中心缸，6——右側(cè)缸，7——立柱，8——?jiǎng)恿海?——下橫梁，10——頂出缸。
這種三梁四柱結(jié)構(gòu)液壓機(jī)，三個(gè)油缸的中心線分別與對(duì)應(yīng)工位鍛件的中心重合，它們的缸體均固聯(lián)在上橫梁內(nèi)，活塞桿固聯(lián)在動(dòng)梁上，工作過程是工件位于Ⅰ工位，壓力油驅(qū)動(dòng)左側(cè)油缸(4)施力；工件位于Ⅲ工位，壓力油驅(qū)動(dòng)右側(cè)油缸(6)施力；工件位于Ⅱ工位，中心缸(5)施力或者三個(gè)油缸同時(shí)施力，或者左、右側(cè)油缸同時(shí)施力。
本發(fā)明檢索了英國德溫特公司的《世界專利索引》(WPI)數(shù)據(jù)庫查詢了1963－1991年的世界專利文獻(xiàn)，找到了一篇有關(guān)多工位液壓機(jī)的蘇聯(lián)專利文摘(專利號(hào)SU1431889)從文摘上看，蘇聯(lián)專利所述的這種多工位模鍛液壓機(jī)沒有無偏載的技術(shù)特征，此外查詢了美國機(jī)械工程文摘、美國工程索引等兩個(gè)數(shù)據(jù)庫，未發(fā)現(xiàn)有關(guān)多工位無偏載模鍛液壓機(jī)的非專利文獻(xiàn)。因此多工位無偏載技術(shù)原理的提出和實(shí)現(xiàn)填補(bǔ)了國內(nèi)外空白。由于采用了動(dòng)梁無偏載技術(shù)，才使得結(jié)構(gòu)簡單的三梁四柱機(jī)型替代了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的框架機(jī)型，簡化了動(dòng)梁液壓補(bǔ)償系統(tǒng)，明顯降低了設(shè)備能耗。該機(jī)造價(jià)僅為85萬人民幣，而從西德引進(jìn)類似設(shè)備進(jìn)口價(jià)為159萬美元，國內(nèi)制造類似設(shè)備預(yù)算是600萬人民幣。經(jīng)過兩年多生產(chǎn)驗(yàn)證，這項(xiàng)技術(shù)簡化了鍛造工藝，提高了生產(chǎn)力、材料利用率和鍛件質(zhì)量，與原來的鍛錘工藝相比，廢品損失降低4.8％，單件節(jié)約材料0.6公斤，一次交檢合格率提高15％，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
權(quán)利要求1.一種多工位偏載三動(dòng)模鍛液壓機(jī)屬于液壓模鍛設(shè)備是三梁四柱型結(jié)構(gòu)，上橫梁中設(shè)置三個(gè)施力機(jī)構(gòu)，中間的施力機(jī)構(gòu)位于液壓機(jī)中心線上，并與中間工位的工件變形抗力以及設(shè)置在下橫梁中的下油缸中心重合，下油缸活塞桿沖頭與下橫梁中心孔滑動(dòng)配合，在油壓驅(qū)動(dòng)下，上、下活塞桿沖頭相向同步運(yùn)動(dòng)，其特征在于中間的施力機(jī)構(gòu)是一個(gè)柱塞缸，其柱塞缸內(nèi)設(shè)有一個(gè)主油缸，主油缸的活塞桿沖頭與動(dòng)梁中心孔滑動(dòng)配合，柱塞缸兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的施力機(jī)構(gòu)是由活塞面積不相等的兩個(gè)油缸以活塞桿串聯(lián)方式組合而成，其缸體固聯(lián)在上橫梁中，活塞桿固聯(lián)在動(dòng)梁上兩個(gè)油缸活塞直徑滿足動(dòng)梁平衡條件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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工位無偏載三動(dòng)模鍛液壓機(jī)，其特征在于在上橫梁沿液壓機(jī)中心設(shè)置的柱塞缸兩側(cè)的施力機(jī)構(gòu)分別是活塞面積相等的單油缸，通過調(diào)節(jié)兩側(cè)油缸油壓比滿足動(dòng)梁平衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工位無偏載三動(dòng)模鍛液壓機(jī)，其特征在于上橫梁中兩側(cè)的施力機(jī)構(gòu)分別為一個(gè)單油缸，油缸的中心線分別與其對(duì)應(yīng)工位鍛件的變形抗力合力重合，中間工位的施力機(jī)構(gòu)包括沿液壓機(jī)設(shè)置的柱塞缸和柱塞缸兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的沖頭加壓缸，它們的缸體都固聯(lián)在上橫梁中，沖頭加壓缸的活塞桿固聯(lián)在柱塞沖頭上，通過液壓系統(tǒng)向工作工位的對(duì)應(yīng)施力油缸單獨(dú)進(jìn)油實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁無偏載加壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的多工位無偏載三動(dòng)模鍛液壓機(jī)，其特征在于中間工位的施力機(jī)構(gòu)是一個(gè)單油缸、兩側(cè)油缸的中心線分別與其對(duì)應(yīng)工位中心重合，它們的缸體固聯(lián)在上橫梁內(nèi)，活塞桿固聯(lián)在動(dòng)梁上。
專利摘要多工位無偏載模鍛液壓機(jī)是一種液壓模鍛設(shè)備。本設(shè)計(jì)原理是使液壓機(jī)的施加力合力作用點(diǎn)隨工件變形抗力合力的位置移動(dòng)而隨動(dòng)，這兩種力作用線重合，偏心距接近于零。實(shí)施方案是應(yīng)用液壓機(jī)中心主油缸和其兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置串聯(lián)或單個(gè)油缸的壓力匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工位工作時(shí)動(dòng)梁的無偏載平衡。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，能耗和總重量大幅度降低，造價(jià)為國外同類設(shè)備的進(jìn)口價(jià)10—15％。
文檔編號(hào)B30B1/32GK2121322SQ9220095
公開日1992年11月11日 申請(qǐng)日期1992年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月16日
發(fā)明者易明道, 李德貴, 武維國, 陳崗 申請(qǐng)人:洛陽軸承廠