在分析現有生產(chǎn)工藝下管件生產(chǎn)設備不足的基礎上，闡述了大噸位模鍛液壓機的優(yōu)點(diǎn)。然后闡述了大噸位三向模鍛液壓機設計的主要技術(shù)條件，包括主機參數特點(diǎn)、優(yōu)化設計、液壓系統設計等。本實(shí)用新型鍛造成型水壓機的設計大大提高了生產(chǎn)效率和材料利用率，降低了加工難度，廣泛應用于生產(chǎn)過(guò)程中。

傳統的管道接頭生產(chǎn)工藝有兩種，一種是鑄件成型，然后機械加工，然后鍛坯成型。鑄造工藝存在鑄造缺陷風(fēng)險大、材料使用強度低、生產(chǎn)工藝效率低、污染大等問(wèn)題。

三向模鍛，又稱(chēng)三向擠壓法，是一種金屬冷成型工藝，主要用于金屬管的成型。一般模鍛設備只能加工彎曲、直徑薄壁、厚壁管、三通、四通管件仍只能采用傳統工藝；三向模鍛液壓機（圖1）在普通模鍛設備的基礎上重新設計；擠壓壓力可同時(shí)在三個(gè)方向實(shí)現。通過(guò)更換不同的模具和模具，各種類(lèi)型的管件可以一次成型，完成彎曲、三、四、直徑等管件的集成。三向模鍛工藝可以完全取代傳統的管件生產(chǎn)工藝。

圖1三向模鍛水壓機。

三向模鍛件制造技術(shù)。

無(wú)縫管采用三向模鍛工藝制造，其強度、尺寸精度和表面質(zhì)量高于鑄件，毛坯重，單位重量小于鍛件，幾乎不需要保留加工余量。特別是在薄壁管件的生產(chǎn)中，以無(wú)縫管為原料，采用擠壓工藝，大大節省了材料，保證了薄壁管件的強度和尺寸精度。該模具不受材料限制，可加工碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁、銅等材料，應用廣泛。目前，聚氨酯橡膠主要用作芯材料（固體芯）或超高壓液體作為芯材料（液體芯）。上一次固體芯棒尺寸測試成本高，測試成功后使用成本低，適合批量生產(chǎn)；液體芯不需要測試成本，但由于膨脹液回收困難、污染大、使用成本高，適合小批量生產(chǎn)。四通管三路模鍛模示意圖2。

圖2四通管零件三向模。

三向模鍛生產(chǎn)工藝如下:管坯按尺寸下料(下料芯實(shí)心擠壓時(shí)，需將膠芯桿裝入管坯)→管坯放入凹模→上壓頭驅動(dòng)上模向下，合模壓合:左壓頭由右壓頭驅動(dòng)，右壓桿與中間同步擠壓(液芯擠壓時(shí)需注入超高壓膨脹液)→左側用右壓頭將擠壓桿擠壓到設定位置→左側，右壓頭返回→上壓頭驅動(dòng)上模返回→成品。

三向模鍛水壓機的主要技術(shù)特點(diǎn)。

儀器體積小，體積大，負荷集中。

管件的成型工藝基本上是冷擠壓，需要較大的成型力，特別是對于較大的管道。因此，三向模鍛設備的噸位一般較大，80%以上的三向模鍛設備的合模和左右擠壓力在2萬(wàn)kn以上。然而，與所需的模鍛相比，模具尺寸的成型力較小，特別是左右擠壓桿的直徑遠小于圓柱形活塞桿，因此壓頭與模頭接觸處的應力遠大于普通設備。因此，有必要重新計算和校準壓頭的材料和結構，以確保壓頭與壓頭的接觸面不會(huì )潰爛。設計的壓頭結構應確保擠壓壓力分散在整個(gè)活塞桿的接觸面上，否則會(huì )損壞氣缸體。

同步精度要求高。

根據三向模鍛的工藝要求，在壓制左右壓頭時(shí)，需要保證位移同步。同步精度越高，成品尺寸精度越高，缺陷風(fēng)險越小。如果同步精度不足，成品會(huì )出現褶皺、裂紋、壁厚不均勻等問(wèn)題。嚴重時(shí)可報廢工件，甚至損壞模具。因此，三向模鍛水壓機左右壓頭的同步精度直接關(guān)系到產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、廢品率和模具的使用壽命。

儀器的幾何精度要求。

三向模鍛液壓機上壓頭與臺面的平整度會(huì )影響合模后模腔的形狀。如果平行度不足，合模不嚴密，壓件報廢；左右壓頭平行度；壓制過(guò)程中，左右壓頭運動(dòng)軌跡同軸度；工作臺壓頭運動(dòng)軌跡的平行度也對零件的成型質(zhì)量和模具的生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響。如果精度不足，可能會(huì )導致左右擠壓桿彎曲變形，損壞模具；液芯成型過(guò)程也會(huì )影響密封、液體泄漏、成型不到位和工件報廢。

三向模鍛水壓機的主要方案。

由于三向模鍛對設備的特殊要求、精度要求高、負載集中等，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了詳細的研究和分析。通過(guò)優(yōu)化設計，充分利用內外技術(shù)資源，提高設備的精度和效率。

水力機架采用鋼板焊接箱結構，分析其應力和變形，優(yōu)化后采用退火工藝消除焊接應力，保證機身的強度和剛度。

三向模鍛的特點(diǎn):零件尺寸公稱(chēng)力小，應力集中。左右擠壓均為單缸加壓，噸位大，行程短。左右擠壓缸能有效適應應力集中的工況。本實(shí)用新型采用活塞桿導向，上壓頭合模應力相對分散。雙缸行程采用雙缸壓力形式，配合對角行程探測器控制；確保上壓頭與工作臺平行。

通過(guò)對三向模鍛過(guò)程的分析，左右壓頭采用比例伺服系統加高精度位移傳感器閉環(huán)控制系統，確保左右壓頭運動(dòng)同步，同步精度±1mm。

壓力機上下壓頭左右，右壓頭壓力控制采用比例調壓，壓力調節范圍為公稱(chēng)壓力10%~100%，壓力控制精度±0.3MPa。

滑塊體為單件厚鋼板結構，保證上壓均勻傳遞到上模面，使合模力均勻分布。本發(fā)明提供了一高精度對角行程探測器和比例伺服系統組成的閉環(huán)控制系統，以確?；瑝K與工作臺平行。

實(shí)踐結果

該三向模鍛水壓機的研發(fā)取得了成功，對大規模生產(chǎn)各種管件、降低坯料成本、提高生產(chǎn)效率、提高管件成型質(zhì)量、降低后續加工工藝具有重要意義。目前，該設備已在用戶(hù)中穩定運行5年，達到2分鐘/件的生產(chǎn)能力。