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　　概述

　　通過論述運(yùn)用現(xiàn)代化電液錘技術(shù)發(fā)展起來的不同原理和結(jié)構(gòu)形式的鍛錘，體現(xiàn)電液錘技術(shù)的創(chuàng)新性，展現(xiàn)電液錘技術(shù)在未來的發(fā)展方向。

　　傳統(tǒng)的蒸-空兩用鍛錘是上世紀(jì)中前期鍛造行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代液壓技術(shù)和電控技術(shù)的高速發(fā)展，電液錘逐漸發(fā)展起來，尤其在上世紀(jì)八十年代得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其中液氣式電液錘通過不斷創(chuàng)新，技術(shù)日趨成熟。

　　該項(xiàng)技術(shù)由于既適合自由鍛，又適合模鍛，因此該項(xiàng)技術(shù)推廣很快，也得到了廣大用戶認(rèn)可，目前國內(nèi)生產(chǎn)的電液錘的95%以上都是液氣式電液錘。按照技術(shù)成熟程度的高低依次排列出不同結(jié)構(gòu)原理的電液錘：

　　1)液氣式電液錘；2)全液壓電液錘：3)程控全液壓模鍛錘、4)手動(dòng)全液壓模鍛錘。

　　一、液氣式電液錘

　　1、原理

　　液氣式電液錘的基本原理是：工作缸上腔是封閉的高壓氮?dú)猓�下腔是液壓油，中間靠錘桿活塞隔開，系統(tǒng)對下腔單獨(dú)控制，下腔進(jìn)油，錘頭提升，高壓氮?dú)馐艿綁嚎s，儲(chǔ)存能量，下腔排油，高壓氮?dú)怛?qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)錘頭打擊，簡稱“氣壓驅(qū)動(dòng)，液壓蓄能”。

　　電液動(dòng)力頭，它的主體是一個(gè)箱體，作為工作時(shí)短期容油的油箱(不工作時(shí)，油箱內(nèi)的油液經(jīng)回油管進(jìn)入置于地面的液壓站的油箱內(nèi))，有八條螺栓通過緩沖墊、預(yù)壓彈簧固定在原汽缸的位置，該油箱又稱連缸梁，在其中間裝有主缸，主缸頂部裝有緩沖缸，內(nèi)有緩沖活塞，活塞上部充有一定壓力的氮?dú)猓�其壓力與蓄能器上部的氣壓相同。

　　主缸下部有兩個(gè)孔分別與快速放液閥和保險(xiǎn)閥連通。液壓站來油通過管路進(jìn)入箱體右上側(cè)安裝的主操縱閥和蓄能器中，蓄能器下部的油腔直接和主操縱閥相通，上部通過管路接氣瓶組。主缸內(nèi)裝有錘桿活塞，活塞將下部的油液和上部的氮?dú)夥珠_，活塞上部充有一定壓力的氮?dú)猓�并與副氣罐連通。錘桿下部和錘頭剛性連接，靠楔鐵壓緊，操作部分基本不變。液壓系統(tǒng)采用泵——蓄能器——卸荷閥組成的組合傳動(dòng)恒壓液源，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性又大大降低了裝機(jī)容量。電液錘的基本動(dòng)作是提錘和打擊兩種。

　　提錘時(shí)，只需操縱主閥使油泵蓄能器內(nèi)的高壓油和主缸活塞下腔相通即可。錘桿活塞在高壓油的作用下，迅速完成錘頭的回程。

　　打擊時(shí)，操縱主閥使活塞下腔和油箱相通，快放閥打開，活塞下部的油通過大孔徑通道流回液壓站油箱，同時(shí)活塞上部在氣體壓力和錘頭系統(tǒng)重力作用下，使錘頭加速向下運(yùn)動(dòng)，直到形成打擊為止。

　　能量大小的獲得，可用手柄控制打擊行程實(shí)現(xiàn)，操縱部分可完成提錘、打擊、回程、慢升、慢降和急停收錘、懸錘等多種動(dòng)作。

　　2、結(jié)構(gòu)和組成

　　⑴.機(jī)身部分包括：左右機(jī)身、左右導(dǎo)軌、底座(自由鍛)等；⑵.砧座部分包括：砧座、砧墊、下砧塊(自由鍛)及相關(guān)零件等；⑶.動(dòng)力頭部分包括：連缸梁、錘頭、錘桿、氣缸、緩沖缸、連接板、上砧塊(自由鍛)等；⑷.液壓站部分包括：油箱、電機(jī)——油泵組、電控卸荷閥、閥座、電控溫度表、換熱電機(jī)泵組、換熱器、濾油器等；⑸.專用閥、安全閥部分包括：主控操縱閥、快速放液閥、保險(xiǎn)閥、霍爾開關(guān)等；⑹.管路、潤滑部分包括：管路支架、油氣管、潤滑泵等；⑺.操縱部分：由操作手柄組合件組成；⑻.氣瓶組部分：氮?dú)馄俊�氣瓶架和匯氣筒、高壓球閥等；⑼.電控部分包括：主電機(jī)、冷卻電機(jī)、電控箱、按鈕站等；⑽.水冷卻部分包括：冷卻水塔、水池、水泵、電機(jī)、水管、閥門(以上用戶自備)；⑾.基礎(chǔ)部分包括：地腳螺栓組件等。

　　3、技術(shù)創(chuàng)新

　　安陽鍛壓機(jī)械工業(yè)有限公司在推進(jìn)實(shí)施電液錘產(chǎn)業(yè)化過程中，憑借自身的技術(shù)力量，緊密聯(lián)系用戶工藝和要求，勇于攻關(guān)，解決了一系列技術(shù)難題。對電液錘進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出具有“安鍛特色”的電液錘產(chǎn)品，介紹如下：⑴.設(shè)計(jì)了“X”形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)：

　　國內(nèi)蒸—空鍛錘的梳形導(dǎo)軌存在力臂短、過定位、無溫度補(bǔ)償功能的缺點(diǎn)。為了不使錘頭因升溫膨脹使導(dǎo)軌間隙減小而導(dǎo)致卡死，只好加大導(dǎo)軌的冷態(tài)間隙。打擊時(shí)錘桿受附加彎矩，易斷裂，用于多模腔鍛造時(shí)導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重。

　　為了克服這個(gè)弱點(diǎn)，我們對電液錘主機(jī)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用“X”形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。由于X型導(dǎo)軌有較長的力臂，錘頭的熱膨脹方向與導(dǎo)軌面方向基本一致，熱膨脹時(shí)對導(dǎo)軌間隙影響不大，導(dǎo)軌間隙可以調(diào)得很小(0.2mm左右)，這樣就使得鍛造過程中的偏擊力，全部由錘頭導(dǎo)軌來承擔(dān)，使得錘桿壽命大大提高。

　　⑵.延長密封壽命，避免油氣互竄：

　　a.液氣錘工作缸上腔是高壓氮?dú)猓�下腔是高壓油，因此早期的電液錘很容易發(fā)生b.采用耐磨、耐高溫的導(dǎo)向環(huán)和具有較強(qiáng)補(bǔ)償能力的Ky圈。c.根據(jù)封油和封氣介質(zhì)的不同，選用邵氏硬度不同的Ky圈。d.加強(qiáng)動(dòng)力頭的定位。

　　⑶.解決非正常壽命錘桿斷裂問題：

　　a.改進(jìn)錘桿和錘頭聯(lián)接方式，依據(jù)摩擦學(xué)原理，設(shè)計(jì)出了3套件(壓件、錐套、錘桿)漲緊結(jié)構(gòu)，使得錘桿由原來的“雙錐結(jié)構(gòu)”改為“單錐結(jié)構(gòu)”，大大避免了應(yīng)力集中的產(chǎn)生，從而達(dá)到了既聯(lián)接可靠又拆卸方便。錘桿壽命成倍提高。b.錘桿表面進(jìn)行了滾壓處理，提高了表面硬化層，從而提高錘桿的使用壽命。

　　⑷.解決了閥的靈活性問題；

　　早期的電液錘操作靈活性差及慢降動(dòng)作不好一直是用戶頭疼的一個(gè)問題，過去曾經(jīng)流傳過“自由鍛電液錘并不自由”，針對這一問題，我們采取以下措施：

　　a.改進(jìn)二級閥的設(shè)計(jì)，加大節(jié)流孔的面積，從而提高慢降過程中的流量和流速。b.縮短主閥與二級閥的距離，實(shí)現(xiàn)“零距離”連接，從而縮短了二級閥的反應(yīng)速度，消除了容積效應(yīng)的影響。

　　⑸.粗錘桿理論用于動(dòng)力頭改造；

　　電液錘柔性細(xì)錘桿理論是很著名的，它是德國Lasco公司發(fā)明的，電液錘柔性細(xì)錘桿理論，徹底改變了原蒸—空鍛錘的“導(dǎo)軌—錘頭—錘桿”系統(tǒng)的剛性條件，使鍛造過程中的偏擊力，大部分由錘頭導(dǎo)軌來承擔(dān)，這對于自由鍛錘來說，由于其鍛造工藝特點(diǎn)，偏擊力不大，這時(shí)柔性細(xì)錘桿正好發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)越性。

　　但對于多模腔鍛造的模鍛錘實(shí)施“換頭”改造，“柔性細(xì)錘桿理論”顯然是不適用的。由于多模腔鍛造的偏擊力很大，再加上終鍛時(shí)冷擊現(xiàn)象嚴(yán)重，所以，導(dǎo)致導(dǎo)軌早期損壞嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)“卡錘”現(xiàn)象。因此，我們在進(jìn)行“換頭”改造時(shí)，對于多模腔鍛造且偏載力大的模鍛錘，仍然沿用蒸—空鍛錘的“剛性粗錘桿理論”，取得滿意效果。

　　⑹.創(chuàng)新設(shè)計(jì)連缸梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

　　早期的電液錘動(dòng)力頭從主操作閥到二級閥閥座是由一根無縫管相連，兩端焊接。這根管在工作過程中受交變載荷，錘頭回程時(shí)該管帶載，錘頭打擊時(shí)該管卸荷，周而復(fù)始，所以對工況比較惡劣的錘就會(huì)出現(xiàn)管子破裂和焊縫開裂的現(xiàn)象。

　　由于這根管在連缸梁的箱體內(nèi)部，一旦失效，很難修復(fù)，即使修復(fù)也很難保證質(zhì)量，所以它就成為一個(gè)較大隱患，也是影響動(dòng)力頭壽命的主要因素。為解決這個(gè)問題，我們將二級閥閥座直接移到主閥下面，去掉了這根焊接管，而缸體采用整體優(yōu)質(zhì)鑄鋼件，從而實(shí)現(xiàn)連缸梁內(nèi)部的無管化連接，提高了電液錘關(guān)鍵零件的可靠性。

　　⑺.開發(fā)設(shè)計(jì)了大通徑閥和二級閥；

　　隨著大噸位電液錘開發(fā)設(shè)計(jì)，主缸下腔油環(huán)形面積越來越大，必須有配套通徑的快放閥和主閥，才能保證大噸位錘的打擊能量和打擊頻率。我們在原有的50型閥的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)了配套的70型主閥和二級閥，后又開發(fā)80型主閥和二級閥。我們在1噸、2噸自由鍛和模鍛電液錘采用50型閥，在3噸自由鍛和3噸、5噸模鍛電液錘上采用70型閥，在5噸自由鍛電液錘上采用80型閥。

　　⑻.新型的防撞頂裝置使保護(hù)更加安全可靠；

　　自由鍛錘的錘頭運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是快打、快提，錘頭撞頂機(jī)率高，對緩沖缸的緩沖特性要求高。通過對早期的電液錘緩沖缸結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)分析，我們改進(jìn)了設(shè)計(jì)，將緩沖缸和蓄能器的氣腔連同，使其壓力匹配，提高了防撞頂?shù)目煽啃浴?/P>

　　⑼.解決系統(tǒng)發(fā)熱問題

　　電液錘系統(tǒng)發(fā)熱問題，也是一個(gè)很大的技術(shù)難題，它嚴(yán)重影響系統(tǒng)的密封性能和工作性能，對此，我們采取了以下措施，有效控制了系統(tǒng)發(fā)熱問題。一是最大限度地減少系統(tǒng)液阻，合理選擇油管通徑，把流速控制在合理范圍內(nèi)，二是提高主閥和二級閥耐磨損能力，減少內(nèi)卸，三是采用散熱系數(shù)較高的板式換熱器和較大流量的冷卻泵，提高冷卻速度和油的循環(huán)次數(shù)。

　　⑽.解決油路振動(dòng)問題；

　　電液錘的油路振動(dòng)問題，對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也是一大危害。為此我們采用阻斷震動(dòng)源和緩沖振動(dòng)波的方法，取得了很好效果。一是凡與主機(jī)連接的管道和與液壓站連接的高壓管道都采用彈性連接；二是在高壓管道上增加緩沖蓄能器；三是壓力表全部采用耐震壓力表，表座用四根拉簧懸掛起來，連接管采用微型膠管連接。二、全液壓電液錘

　　全液壓電液錘是工作缸上下腔工作介質(zhì)全部采用液壓油，工作缸下腔始終接蓄能器通常壓，液壓控制系統(tǒng)單獨(dú)對上腔控制。提錘時(shí)，控制打擊閥使上腔接通油箱，即可實(shí)現(xiàn)。打擊時(shí)，控制打擊閥使上腔與下腔聯(lián)通，此時(shí)上下腔油壓相等但作用面積大小不一樣，因而能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)打擊。

　　從原理上可以看出，在打擊過程中上下腔要同時(shí)進(jìn)出油，雙腔流動(dòng)，因此油速受很大的限制，否則效率會(huì)很低，最好的解決方式是降低流速。一但速度下降，要保持打擊能量不變的情況(E=1/2mv2)，錘頭質(zhì)量必須加大。而要保持較高的打擊頻次的話，必須降低行程。簡單地說就是“大錘頭、短行程”，因此全液壓錘僅適用于模鍛錘上，尤其適合程控的模鍛錘上，而不適合對手動(dòng)操作靈活性很強(qiáng)的自由鍛上。這種理論，我們可以從國際上鍛錘發(fā)展趨勢得到驗(yàn)證。

　　三、程控全液壓模鍛錘

　　1、原理：

　　程控全液壓模鍛錘的基本原理是：采用油泵-蓄能器傳動(dòng)，油缸下腔通常壓，液壓系統(tǒng)對上腔進(jìn)行單腔控制。上腔進(jìn)油閥(亦稱打擊閥)打開，來自油泵、蓄能器以及通過差動(dòng)回路引來的下腔的共三部分高壓油進(jìn)入上腔，實(shí)現(xiàn)錘頭的加速向下和打擊行程，上腔一旦卸壓，錘頭立即快速回程，打擊能量以控制打擊閥閉合時(shí)間的長短來實(shí)現(xiàn)。

　　2、基本結(jié)構(gòu)

　　⑴.機(jī)身采取立柱與砧座為一體的“U”形機(jī)身。這種結(jié)構(gòu)形式雖然給鑄造、起重和機(jī)械加工帶來一定的困難，但卻有如下優(yōu)點(diǎn)：a.增加了立柱的縱向、橫向和傾覆剛度，確保了錘頭的精確導(dǎo)向，有利于提高原材料的利用率；b.U形機(jī)身使二個(gè)立柱亦成為砧座重量的一部分，有利于整機(jī)重量的降低和打擊效率的提高；c.U形實(shí)心鑄造機(jī)身產(chǎn)生的打擊噪音明顯小于箱形和弓形立柱的機(jī)身。

　　⑵.導(dǎo)軌：國內(nèi)蒸—空鍛錘的梳形導(dǎo)軌有力臂短，無溫度補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。為了不使錘頭因升溫膨脹使導(dǎo)軌間隙減小而導(dǎo)致卡死，只好加大導(dǎo)軌的冷態(tài)間隙，這就是在蒸—空鍛錘上難以進(jìn)行精密模鍛的原因。我公司開發(fā)的50KJ程控全液壓錘采用“X“形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。由于錘頭受熱時(shí)呈徑向輻射狀膨脹，導(dǎo)向面呈對角線布置，就不會(huì)因錘頭受熱膨脹而減小導(dǎo)向間隙。我公司的程控錘加大了導(dǎo)板的寬度，X形導(dǎo)軌又有較長的力臂，這就會(huì)明顯地減小偏擊時(shí)作用在導(dǎo)軌面上的比壓，有利于延長導(dǎo)板的使用壽命。

　　⑶.液壓系統(tǒng)

　　a.液壓系統(tǒng)采用油泵—蓄能器組合傳動(dòng)，主油缸下腔始終與蓄能器相通，為常壓。液壓系統(tǒng)僅控制上腔，它是通過對打擊閥閉合時(shí)間的控制來實(shí)現(xiàn)打擊能量的大小，打擊閥是三級控制閥，先導(dǎo)閥是一個(gè)二位三通換向閥，系統(tǒng)對它的質(zhì)量要求很高，既要有高頻率而且重復(fù)精度要求較高，因此我們選用進(jìn)口原裝件；

　　b.打擊閥采用錐閥結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的滑閥相比，具有無磨損的優(yōu)點(diǎn)，密封可靠性大大提高；

　　c.油箱采用頂置式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部油路封閉在主閥塊上，這樣的結(jié)構(gòu)使得液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集成化，與油箱采用旁置式結(jié)構(gòu)相比，管道系統(tǒng)長度大大縮短，能量損失降低1倍以上，另外通過集成化，油路連接實(shí)現(xiàn)了無管化連接，增加了連接的可靠性；

　　d.液壓系統(tǒng)中在蓄能器與下腔之間設(shè)置了安全閥，一旦錘桿從中間斷裂，馬上將下腔油與蓄能器切斷，從而提高了使用的安全性。

　　⑷.減振系統(tǒng)采用德國(青島)隔而固技術(shù)，從而隔離了鍛錘在打擊過程中產(chǎn)生的振動(dòng)。

　　⑸.程控系統(tǒng)是根據(jù)鍛件需求程序控制打擊能量和打擊次數(shù)，我公司的程控全液壓錘采用OMRON中型C200HS可編程序控制器，并配以數(shù)字輸入輸出模塊，用以在控制面板上設(shè)定打擊能量。在保護(hù)系統(tǒng)采用四路模擬量輸入。電動(dòng)機(jī)采用預(yù)埋溫度傳感器方法，采集溫度數(shù)據(jù)以供PLC分析，油溫用插入式傳感器采集油溫變化，用以全過程PID(循環(huán)控制)調(diào)節(jié)。

　　3、性能特點(diǎn)

　　⑴.能實(shí)現(xiàn)打擊能量的精確控制。

　　該程控錘通過精確控制打擊閥的閉合時(shí)間，既保證了鍛件所需的能量，又不產(chǎn)生額外的沖擊動(dòng)能，因此一些關(guān)鍵零部件如錘桿、錘頭及上下模具的壽命大大提高。

　　⑵.回程速度很快。

　　由于主油缸下腔始終通蓄能器，上腔一旦卸壓，能迅速抬錘，因此模具接觸時(shí)間短，該性能與能量精確控制相結(jié)合，可以使鍛模使用壽命提高1倍以上。

　　⑶.鍛造精度高：

　　該產(chǎn)品由于導(dǎo)軌采用“X”形結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)軌間隙可以調(diào)得很小，打出的鍛件精度很高。

　　⑷.材料利用率很高

　　由于能量可以控制，因而制坯精度很高，打出的鍛件飛邊較為均勻，又由于鍛造精度高，上下模不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)模現(xiàn)象，因此材料利用率很高，為少無切削奠定了基礎(chǔ)。

　　⑸.低噪音

　　由于該產(chǎn)品屬打擊能量可程控設(shè)備，因此編制程序，使鍛件打成，但不多給剩余能量，因此噪音很小。傳統(tǒng)鍛錘的操作者是靠聽模具打靠聲音來判斷鍛件是否打成，有時(shí)判斷不準(zhǔn)，習(xí)慣于多打幾下，實(shí)際是多余的。

　　⑹.無撞頂現(xiàn)象

　　通過精確計(jì)算和設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中阻尼孔和節(jié)流孔尺寸，使得錘頭到頂緩沖下來，很平穩(wěn)，無一點(diǎn)撞頂現(xiàn)象的發(fā)生。

　　⑺.低振動(dòng)

　　由于該產(chǎn)品打擊能量可程控，無多余能量產(chǎn)生，加上錘身下部裝有德國技術(shù)生產(chǎn)的隔而固品牌隔振器，對周圍機(jī)床、居民區(qū)無任何影響。

　　⑻.環(huán)保：

　　由于該產(chǎn)品在打擊過程中，沖擊噪音小，又有減振器，振動(dòng)小，因而是一種環(huán)保型產(chǎn)品。

　　⑼.鍛件質(zhì)量較為穩(wěn)定

　　由于通過程序控制器的控制，各種各樣鍛件的鍛造工序可存入程序中，隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)出來使用，因此同一種鍛件可以得到一致的打擊能量和打擊次數(shù)，避免了人工操作的多樣性，因此鍛件質(zhì)量比較穩(wěn)定。

　　四、手動(dòng)全液壓模鍛錘

　　1、原理：

　　手動(dòng)全液壓模鍛錘的基本原理是：采用油泵--蓄能器傳動(dòng)，通過一個(gè)手動(dòng)式滑閥起先導(dǎo)閥作用來控制四個(gè)大通徑插裝閥來實(shí)現(xiàn)提錘、懸錘、慢降、打擊等動(dòng)作。

　　2、與程控錘相比的優(yōu)缺點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　⑴.操作機(jī)構(gòu)既可手動(dòng)操作，也可腳踏操作，能量的大小靠操作者控制錘頭行程來實(shí)現(xiàn)，操作比較靈活。⑵.結(jié)構(gòu)較簡單，維修方便。

　　缺點(diǎn)：

　　⑴.能量不能精確控制，難以實(shí)現(xiàn)精密鍛造；⑵.由于油壓比程控錘小，因此行程較長，打擊頻率較小，生產(chǎn)效率偏低。