科技的發(fā)展是個永恒的話題,不管是什么樣的產(chǎn)品,都要跟隨著社會的發(fā)展腳步,液壓機一直堅持著跟隨市場的腳步發(fā)展,根據(jù)不同的需要從基礎(chǔ)做起,不斷探索、實踐,成就液壓機的未來。
一:液壓機在軍工中的運用
兵器粉末冶金技術(shù)是指采用金屬或其它粉末材料,經(jīng)過混粉、壓坯、燒結(jié)、成型和后處理等工藝過程制造各種多孔、半致密或全致密兵器零件與制品的技術(shù)。兵器粉末冶金技術(shù)是反坦克動能穿甲彈彈芯、導(dǎo)彈發(fā)動機噴管、陶瓷裝甲元件、坦克動力傳動系統(tǒng)摩擦片等元件的關(guān)鍵制造技術(shù),包括:兵器特殊零件的熱等靜壓、冷等靜壓技術(shù)、燒結(jié)工藝、自蔓燃高溫合成技術(shù)、粉末注射成型技術(shù)、粉末鍛造技術(shù)、粉末冶金件性能測試與無損檢測技術(shù)等。由于粉末冶金技術(shù)具有工藝成本低、材料利用率高、能實現(xiàn)制造零件的凈成型或近成型、特別適用于大批量生產(chǎn),用于取代某些兵器零件的常規(guī)制造工藝,液壓機則扮演了最后的集大成者的角色,因為軍工產(chǎn)品的金屬硬度大大高于普通金屬硬度,使用普通工藝和機器很難達到軍工品的高標準,所以我們的軍工行業(yè)離不開液壓機,我們的國防事業(yè)離不開液壓機。
二:液壓機在航空業(yè)
航空工業(yè)的發(fā)展離不開重型模鍛液壓機是不爭的事實,我國僅有的一臺300MN 鋁合金模鍛液壓機早已不能滿足現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展需求。早在2002年,中國工程院成立了以兩院院士師昌緒先生為組長的咨詢研究組,對我國建造8 萬t 模鍛液壓機進行調(diào)研。研究認為我國現(xiàn)階段啟動建設(shè)8 萬t 模鍛液壓機大型裝備項目,對航空、艦船、航天、兵器、核工業(yè)等行業(yè)十分必要且完全可行。在我國要發(fā)展自主的航空工業(yè),獨立研制并制造大飛機的大背景下,中國二重和西安閻良航空產(chǎn)業(yè)基地分別立項了8 萬t 和4 萬t 航空模鍛液壓機項目,為我國飛機制造業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的大型整體航空模鍛件。
然而重型模鍛液壓機的設(shè)計與制造面臨著巨大的困難和風(fēng)險,混凝土泵液壓系統(tǒng)的發(fā)熱現(xiàn)象危害其加工、制造和運輸?shù)碾y度都處于極限狀態(tài),且投資巨大,周期長。為解決上述問題,對重型液壓機結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究與改進從來沒有停止過。最早的重型模鍛液壓機普遍采用傳統(tǒng)的“三梁四柱”結(jié)構(gòu),且機架為非預(yù)應(yīng)力框架,這種結(jié)構(gòu)的典型代表是俄羅斯的750MN模鍛液壓機,由于其承載結(jié)構(gòu)缺乏預(yù)應(yīng)力保護,材料許用力僅為40~60MPa,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸和重量極為龐大,總重達到了26000t,且大量采用重型鑄件和鍛件,加工制造難度大,疲勞性能不高。20 世紀70年代,出現(xiàn)了粗螺栓預(yù)緊結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)采用少量的粗螺栓對承載機架施加預(yù)緊力,材料的許用應(yīng)力得以提高至100~150MPa,疲勞性能也有所提高。由于大型預(yù)應(yīng)力粗螺栓制造的難度大,且許用應(yīng)力不宜太高,此后又出現(xiàn)了細螺栓預(yù)緊結(jié)構(gòu),用多根細螺栓替代少量的粗螺栓施加預(yù)緊力,從而使許用應(yīng)力提高至150~200MPa。即便如此,重型液壓機的設(shè)計仍然面臨巨大的困難和風(fēng)險。預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞技術(shù)和剖分-坎合技術(shù)的發(fā)展極大地解決了這個問題,其基本思路為將重型承載結(jié)構(gòu)——尺寸和重量龐大,傳統(tǒng)手段難以加工的重型零件,剖分為多個子件,從而降低制造難度和風(fēng)險,方便運輸;然后通過預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞技術(shù),以坎合連接的方式將其組合為一個整體,從而替代整體鑄鍛結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)思路的產(chǎn)生,充分體現(xiàn)了“以小搏大”的特點,是具有創(chuàng)新性的重型液壓機設(shè)計方法。2006年以來,清華大學(xué)在重型液壓機的設(shè)計上突破傳統(tǒng)思維,采用預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞技術(shù)和坎合技術(shù)先后設(shè)計了多臺300MN以上的重型液壓機,其中包括已經(jīng)投產(chǎn)的世界上大型的360MN/150MN鋼管垂直擠壓機組,在建的400MN 航空精密模鍛液壓機和昆山300MN核電鍛件液壓機。本文以航空工業(yè)為背景,介紹了坎合技術(shù)在航空模鍛液壓機上的應(yīng)用。
機架是重型液壓機中最為重要的結(jié)構(gòu)部件,是巨大能量聚集、傳遞和釋放的載體,其設(shè)計的強度、剛度以及可靠性極為重要。400MN航空模鍛液壓機的機架采用拱形梁+墊梁的方式,拱梁和立柱分別被剖分為5個子件,整個機架共20個子件,單件的重量均在80t以下,大大減小了單件的重量和制造難度。各個子件之間的剖分面通過坎合化處理提高其坎合系數(shù),通過鋼絲施加強大的預(yù)應(yīng)力場將20個子件纏繞成為一個預(yù)應(yīng)力承載框架,該機架的重量為1400t 左右,若采用傳統(tǒng)制造方法,難度極大。采用“以小搏大”的預(yù)應(yīng)力剖分-坎合技術(shù)是制造該類重型承載機架的有效技術(shù)路線。
在我國首臺預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞剖分-坎合壓機——360MN垂直擠壓機中,僅對拱梁進行了剖分-坎合,且僅分為3個子件,子件之間采用滾花處理形成坎合的多峰結(jié)構(gòu),。而立柱則采用分段鑄造,然后焊接為一個整體。這種結(jié)構(gòu)相對傳統(tǒng)的“三梁四柱”式壓機,在制造難度上已經(jīng)大大降低,然而由于立柱為焊接整體結(jié)構(gòu),其重量仍然在200t以上。
為進一步降低制造難度,在經(jīng)過充分論證,尤其是通過精準的數(shù)值計算之后,(對立柱剖分-坎合后的機架進行有限元分析,對各種可能的狀態(tài),包括中心載荷、前后偏載、左右偏載等進行計算),發(fā)現(xiàn)在坎合系數(shù)為0.3時,將拱梁和立柱分別剖分為5個子件,在強大的預(yù)應(yīng)力場作用下,壓機工作時不會發(fā)生剖分面上的錯移和分開,剖分- 坎合的機架與整體機架具有相同的變形協(xié)調(diào)性。偏載時,即使完全通過立柱導(dǎo)向承受側(cè)推力,坎合面仍然保持足夠的抗剪能力。360MN擠壓機的實踐和充分的理論分析為我國400MN 航空模鍛壓機的設(shè)計提供了科學(xué)的依據(jù),重型承載機架的設(shè)計發(fā)展出了一條全新的技術(shù)路線。
杜甫機械液壓機按照結(jié)構(gòu)形式分類, 主要包括單柱液壓機、四柱液壓機、框架液壓機及其他結(jié)構(gòu)的液壓機。單柱液壓機可分為整體機身和組合機身兩種結(jié)構(gòu),單柱液壓機在工作中,由于機身的變形,滑塊與工作臺會產(chǎn)生一定的夾角, 故多用在對精度要求不高的應(yīng)用場合,如:壓裝、板材壓型、校直等工藝。四柱液壓機為通過四根立柱把上下橫梁連接起來, 且其帶滑塊的活動橫梁依靠四根立柱導(dǎo)向, 機器具有結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低等特點,故應(yīng)用最為廣泛。框架式液壓機用焊接框架立柱代替四柱液壓機中的圓柱立柱,滑塊的導(dǎo)向依靠固定在立柱上的導(dǎo)軌導(dǎo)向,具有導(dǎo)向精度高,抗偏載能力大等優(yōu)點,但制造成本比四柱液壓機高,多用在對精度要求較高的場合,如金屬薄板的沖壓、金屬精密成型等工藝。以上三種液壓機占到液壓機總數(shù)的95% 以上。根據(jù)不同的需要.另外還有各種其他特殊結(jié)構(gòu)形式的液壓機。
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