闭塞锻造中的闭塞机构

,闭塞锻造中的闭塞机构,江苏森威精锻有限公司徐祥龙2011-05,闭塞锻造一种当代先进的精密锻造工艺技术,闭塞锻造又称为闭塞挤压，其原理是将两个或几个可分凹模用足够大的合模力闭合成一个封闭的模腔,金属毛坯在一个或多个冲头的单向或对向运动下，通过挤压充满模腔，从而得到一个几乎与模腔形状和尺寸完全相同的无飞边近净尺寸的精锻件。,一种典型的闭塞锻造-单向闭塞锻造,闭塞锻造处于三向压应力状态成形，可用的变形量大，更容易获得最终产品的形状。,按挤压运动数量分：1。单向闭塞锻造；2。双向闭塞锻造；3。多向闭塞锻造,按锻造温度分：1。闭塞冷锻；2。闭塞温锻；3。闭塞热锻。,实现闭塞锻造的方法:,一.闭塞锻造专用压力机二.常规压力机+专用闭塞模架,一。闭塞锻造专用压力机,下工作缸,主滑块,液压闭塞锻造专用压力机,下打料杆,上打料杆,液压闭塞锻造专用压力机,四柱液压机的闭塞成形改造要点：1.更换较大的顶出缸充当下工作缸；2.滑块驱动与下工作缸驱动的液压系统独立设计；3.增加滑块顶出（上顶出）或下顶出装置。,增加下顶出装置的四柱式液压机闭塞成形改造方案,二。普通压力机+专用闭塞模架,单向闭塞模架原理,单向闭塞成形原理：下置式冲头与工作台（下模板）固定，下凹模放置在一组强力弹簧上。凹模放入毛坯，滑块带动上凹模下行，上、下凹模在强力弹簧作用下闭合；滑块克服弹簧阻力继续下行，冲头与封闭的凹模产生相对运动，相当于冲头挤入凹模。只要弹簧有足够大的弹力维持凹模封闭，就可以完成闭塞挤压成形。,闭塞力的概略计算,锻造压力机的装模空间都较小，闭塞模架能容纳弹性元件的空间非常有限。因此，找到符合大压力小体积的弹性元件是在普通锻造压力机上实现闭塞锻造的关键。,人们先后用过的弹性元件有：1。矩形截面弹簧；2。碟形弹簧；3。聚胺脂橡胶；4。以上几种的组合。,1。矩形截面弹簧和蝶形弹簧弹力太小，而且容易因疲劳而失效，因此只用于小规格零件的闭塞热锻等闭塞力较小场合。,2。聚胺脂橡胶如应用得当，能得到较大的闭塞力。但聚胺脂橡胶在高频率大变形下使用时，由于内摩擦，橡胶基体会发热而使弹力下降，并迅速失效。,3.环形弹簧环形弹簧由带有内锥面的外圆环和带有外锥面的内圆环配合而成。环形弹簧常用在空间尺寸受限制而又需要强力缓冲的场合。它的特点是体积小、弹力特别大，但压力行程较小。,4.连杆式闭塞机构,连杆式闭塞机构采用了水平分模原理，压力机滑块带动上模板2下行时，将水平分开的左右凹模7在连杆带动下实现合模，并在连杆和模框的弹性变形下获得足够的闭塞力。当滑块继续下行时，冲头向下挤入凹模，完成闭塞成形过程。,5。楔块式闭塞机构,利用楔块将单动压力机的单向运动分解成2个运动：1。上、下合模运动；2。水平对向挤压运动。,以上几种闭塞机构各有特色，但由于存在种种不足，因此并没有得到广泛的应用。直到人们开发出液压闭塞装置，终于解决了成形闭塞力大和模架空间小的矛盾，使闭塞锻造真正形成产业化生产。,6.液压闭塞装置,0.5Mpa壓縮空氣,0.5Mpa壓縮空氣,溢流闭塞系统,溢流闭塞系统的优点：1。闭塞力来自滑块都打击力，闭塞压力稳定、可调；2。闭塞系统高压范围小，漏油机会少；3。系统结构简单，造价低。,溢流闭塞系统的缺点：1。溢流阀可靠性不足，在锻造过程中有失效的可能。溢流阀一旦失效，液压系统将发生严重的冲击和超压，发生破坏性事故；2。锻造过程中，液压油高速流过管道和溢流阀，油液与管道、阀芯急剧摩擦发热，使油温迅速升高；3）滑块在合模运动中加速度较大时，将使液压系统发生严重冲击。,对策：,1）为避免溢流阀堵塞发生事故，在闭塞系统上设计和安装2个相同的溢流阀；2）为了维持油温在许用范围内工作，选择较粗的管道口径，并对液压油箱配备循环冷却装置；3）为防止液压系统发生过大冲击，要求选用长行程冷锻压力机。,液压闭塞系统的改进,1.整个液压系统为高压系统；2.用高压泵提供系统高压并补充泄漏；3.系统中装有高压蓄能器，用以吸纳锻造时闭塞油缸中高速排出的油液，并维持系统压力的稳定。,高压液压闭塞系统,高壓蓄能器,高壓溢流閥,高壓油泵,高壓蓄能器,高壓溢流閥,高壓油泵,高压液压闭塞机构的优点：1.容易获得足够大的闭塞压力；2.锻造过程中闭塞压力可靠、工作稳定；3.油温温升较高压溢流闭塞系统要轻。,高压液压闭塞机构的缺点：1.液压系统全部为高压系统，长期使用容易泄漏；2.系统耐冲击能力差，不适合于短行程冷锻压力机。,短行程和长行程锻造压力机滑块行程曲线,高压液压闭塞机构是至今使用最为成功的闭塞装置，目前大部分闭塞锻造模架都采用了高压液压闭塞机构。,7高压气动闭塞模架,针对液压闭塞装置结构复杂、造价高和容易泄漏的缺点，开发了高压气动闭塞模架。气动闭塞模架的闭塞装置为环形高压氮气气缸。经长期使用证明，该闭塞机构与液压闭塞装置具有相同的效能，并克服了液压机构容易漏油的缺点，制造和使用成本都有大幅度下降。,优点：高压系统投资成本比液压系统大幅度降低；气动方案灵活可变：打开截止阀3时，系统为恒压特性；关闭截止阀时，闭塞力随闭塞行程增加而增加，对节约锻造能耗有利；高压系统允许有轻微泄漏，泄漏不会对环境造成污染；高压气源采购容易，十多元一瓶能使用一周左右，使用成本很低。,高压气动闭塞机构突出优点：根据气体的可压缩性，一定容积的气缸能吸收滑块高速运动带来的冲击，使短行程压力机用于闭塞锻造成为可能。而在使用液压闭塞机构时，设计方推荐使用长行程压力机。短行程压力机的滑块加速度很大，液压系统无法承受如此大的冲击。因此，设备投资低是高压气动闭塞机构突出优点。,高压气动闭塞机构缺点：高压气缸在充气状态安全性较低，检修前一定不要忘记放掉残余气体，否则会带来重大事故。,8。高压气动闭塞模架的改进：一项重大的改进就是从市场采购标准氮气弹簧来取代自制的环形气缸。,常见的氮气弹簧布置方案,氮气弹簧闭塞机构的优点：1。具有高压气动闭塞装置的所有优点；2。氮气弹簧为采购件，无需自制；2。氮气弹簧为标准化的零部件，可靠性高；4。使用安全。,氮气弹簧闭塞机构的缺点：1。单个氮气弹簧压力小，一套闭塞模架需多个氮气弹簧组合；2。组合后的闭塞机构占用空间大；3。价格较昂贵。,1。双向（对向）闭塞机构的同步,三双向闭塞锻造的同步机构,在双向（对向）闭塞挤压场合，如果对向挤压速度不一致时，会看到有挤出的小轴向一边弯曲的现象，这在闭塞冷锻场合尤其明显。所以，双向闭塞装置必需配置同步机构。,双向（对向）同步闭塞成形原理,（1）联杆式同步机构,（2）楔块式同步机构,（3）倍速同步机构,2一种简易的气动双向闭塞模架,在生产实践中，人们发现，采用弹簧或聚胺脂橡胶做闭塞压力源的双向闭塞模架，在拆除了强制同步的机构后仍能精确完成双向闭塞锻造，成形的锻件其对称性与同步闭塞模架上成形的锻件没有区别。,弹簧（压簧）的机械特性是它的弹力与压缩量成正比，而且压力与压缩量的变化非常灵敏。正是由于这个特性，使双向弹簧闭塞模架对上、下冲头在位移和成形力方面具有相对灵敏的动态平衡，起到了良好的同步效果。,采用氮气高压气缸或氮气弹簧充当闭塞装置的双向闭塞模架，与弹簧或聚胺脂橡胶做闭塞装置的双向闭塞模架有完全相同的自动同步性能，而且闭塞力更大，更加经久耐用。,关键点：,采用弹性元件作为闭塞装置时的自动同步条件：1。上、下活动模架结构相同；2。上、下凹模和冲头尺寸相同；3。上、下活动模架配置的弹性元件规格相同，弹性系数K相同；4。采用自制高压气缸作为闭塞装置时，要求上、下闭塞气缸的活塞截面积相等。,根据国内外锻造行业闭塞锻造的技术动向