多向模锻技术的研究与应用

多向模锻技术的研究与应用

郭晓晓张伟

   洛阳一拖有限公司铸锻厂    471003      三一技术装备有限公司      410199

摘要：多向模锻是指在闭式模腔内对坯料施加工艺力，进行多方向联合挤压、锻造成形的一种模锻方法。采用多向模锻技术可一次成形带内空腔、外枝丫或具有凹凸外形的复杂结构锻件，成形的锻件形状复杂、尺寸精确，接近成品零件。使锻件更好地满足了机器、电力装备、石油化工装备、航空航天装备、船舶车辆等制造行业和国防建设发展的需求，已成为锻造技术家族中一个有良好发展前景和广泛应用的分支。为了加速多向模锻技术的推进,本文对多向模锻技术的进行研究，仅供参考。

关键词：多向模锻；技术；应用

引言

多向模锻是一种先进的锻造技术,它可一次成形出中空且侧壁带有凸台或多方向枝丫的复杂锻件，锻件形状尺寸更接近零件，材料利用率高，机械加工量少；锻件流线完整，抗应力腐蚀性好，疲劳强度高。然而较大规模的多向模锻需要施工大型的液压机，同时还要保证水平与垂直方向上均匀受力，这使得多向模锻设备在设计和制造中存在一定的问题。文章对多向模锻加工技术及其所使用的装备进行分析，希望能够给其制造技术提升一定的参考。

1多向模锻技术概述

多向模锻技术是现阶段最为理想的一种锻造技术，该技术具有节约能源、绿色环保以及精密优质等特点，其工作原理是通过模具的闭合，多个方向上的冲头对毛坯进行挤压或者是冲孔，进而完成对锻件的加工，尤其是对内部空腔或者是具有凹凸外形的锻件成形效果更好。而多向模锻技术充分将原来普通锻造技术和挤压加工等特点进行充分结合，是该技术不仅具有挤压工艺特点，还具有闭式锻造以及制坯成本费用少、使用坯料简单、复杂繁琐的零件一次成型等特点，因此它也是那些对精度要求高、规模大、复杂繁琐等锻件的最为理想的锻造技术。同时，因为多向模锻能够对零件内控及其侧向结构进行锻造，并且还能有效提升材料的使用效率，还能有效降低在以后加工过程中的切削量。而在工作量减少方面上能够减少70%左右，在提升材料使用效率上，就可以为大中型企业节约原材料8.3万吨，如果按照锻造一吨锻件需要消耗1.4吨煤的化，那么企业一年就可以有效节省11.6万吨的煤，同时还能减少将近23万吨二氧化碳的排放量，所以，这种锻造技术能够有效达到节能减排的效果。此外，这种技术还是一项精密程度高、锻造效果好的锻造加工技术，正式由于其自身这一特点。在航空航天、核电方面以及超临界火电阀门等方面的重要技术，其能够满足不同行业领域的实际需求。

2多向模锻技术的应用

2.1电力装备制造中的应用

当前，世界范围内火电仍然是主要的电力资源，为提高热效率，正逐渐由亚临界到超临界，再向超超临界的方向发展，蒸汽压力达30MPa～35MPa,蒸汽温度达593℃～600℃或更高的参数。在高温、高压、高湿度和酸性气氛中，除要求阀体、管件有高的强度和良好的耐高温性能外，还要求阀体、管件有优秀的耐应力腐蚀能力。多向模锻生产的阀体、管件恰恰满足上述技术要求。

2.2核电装备制造中的应用

核电站由核岛与常规岛组成，在核电站中，核岛替代了火电机组中的锅炉，核岛阀门除要求具有火力发电阀门的性能外，因内部介质水有强烈放射性，绝对不允许有泄漏，要求阀门、管件产品有高的可靠性、安全性，在质量管理方面，比其他行业阀门、管件的技术要求更为严格。必须满足ASME技术标准，该标准把阀门、管件都视作耐压容器。除此之外，为提高核电阀门、管件和结构件安全性，尽量减少焊缝数量，因而它们的形状变得更为复杂。只有采用多向模锻技术，才能生产出满足技术要求和复杂形状要求的锻件，在核电站中，核电阀门、管件和结构件的数量大、应用面广，它们连接整个核电站的300余个系统，是核电站安全运行的关键附件。据统计，全世界现有核电机组500余座，总装机容量达四亿千瓦以上。有闸阀、截止阀、止回阀、蝶阀、安全阀、主蒸汽隔离阀、球阀、隔膜阀、减压阀和控制阀等；具有代表性阀门的最高技术参数为：最大口径DN1200mm、DN800mm、DN350mm；压力约15MPa，温度约350℃。

2.3石油化工装备制造业中的应用

石化装备中的许多管件、泵、阀体等零部件服役于高压或高温或强烈腐蚀的条件下，这些阀体要符合美国API6A标准。采用多向模锻生产这些零件，不仅节材，而且提高其强度和抗腐蚀能力。典型零部件有井口装置的单闸板、双闸板、有无导流孔的锻钢平行式闸阀、泥浆阀、角式节流阀、油田专用平行式调节阀、油田专用直通式回阀、注水/聚合物专用平行式闸阀、卡箍式平行闸阀、先导式安全阀和止回阀。天然气输送管线应用的单闸板、双闸板、有无导流孔的平板闸阀；锻钢三体式、上装式固定球球阀；油密封式、压力平衡式旋塞阀；旋启式、蝶式止回阀，通球止回阀；清管阀等。

2.4航空装备制造业中的应用

飞机等航空设备离地升空和返回地面的耗能和安全性需要尽可能减小其重量；另一方面，为提高设备的载货能力，又需要增大设备的尺寸或重量，除此之外，设备在恶劣条件下有高的抗冲击、抗疲劳能力，也是这些航空设备成败的关键。为此，增加一次锻造过程中零件成形的复杂度，提高零件的整体性和零件内部流线分布的合理性与连续性，可有效提高锻件的使用性能。直升飞机的发动机球头、一般飞机起落架等重要零件都采用多向模锻工艺锻造制坯。

3未来多向模锻技术的发展趋势

3.1具有多向穿孔功能和穿孔方向可调多向模锻设备的应用

目前，多向模锻设备的穿孔缸都设置在一个铅垂面内，且铅垂穿孔缸与水平穿孔缸垂直。由于设备结构的限制，只能锻造单向空心件或两向垂直空心锻件。由于机器性能的需要，愈来愈多的两向不垂直空心锻件和多向空心锻件需进行多向模锻。为此，设计研发具有多向穿孔功能和可调节穿孔方向的多向模锻设备是多向模锻设备发展的方向之一。

3.2高位移控制精度与瞬时位移同步多向模锻设备

穿孔运动具有高的位移控制精度与瞬时位移同步是多向模锻设备发展的另一个方向。提出这一要求的原因是，多向模锻的毛坯通常是柱体，而多数锻件是不对称的，导致两侧缸的穿孔载荷不等，在多向模锻成形过程中，毛坯在模腔内无法定位，而无规律的移动，造成锻件局部成形不足或局部形成飞边等缺陷。

3.3快锻多向模锻设备的应用

开发制造是第三个发展方向。多向模锻锻造过程中，要经历先合模，后铅垂冲头穿孔，再水平冲头穿孔，各冲头退出，开模等变形工序。上下模及冲头与毛坯接触时间长，易导致模具回火，降低模具使用寿命。

3.4在非多向模锻液压机上实现多向模锻工艺

国内已拥有大量的非多向模锻液压机，包括自由锻液压机，普通模锻液压机、挤压液压机等，这些非多向模锻液压机的年生产负荷量不饱满，有相当的空余时间。它们的单向公称吨位从几十MN到几百MN，完全满足多向模锻液压机单向压制的需求，只要另外方向添加施力机架或装置并对非多向模锻液压机进行局部改造，就可以实现多向模锻工艺。这既节省大量设备投资，又可解决现有设备年生产负荷量不饱满的困境。

3.5多工位多向模锻技术的应用

随着制造技术要求的不断提高，锻件的形状愈加复杂。目前的单工位多向模锻已不能使锻件获得理想的成形，需要在两个或更多工位上逐步成形，这样能以最少的加热次数，以高的生产节拍，完成复杂锻件的生产。

结束语

作为伴随机器制造业发展而诞生的技术，多向模锻以其特殊的成形方式和效果，产生了良好技术和经济效益，今后会得到更广泛地应用，同时也需要在多向模锻设备与工艺两方面不断地进行创新与改进，以满足不断增长的技术需求。

参考文献

［1］靳辅安，苏升贵，高新．多向模锻合模力的确定［J］．燕山大学学报，1980，04(01):25－30．

［2］夏长友．阀门渗漏问题的原因分析及对策［J］．管道技术与设备，1999(1):20－22．

［3］任运来．在多向模锻挤压机上的型材挤压成形研究［J］．钢铁，2000(1):28－31．