多向模锻：国内外发展形势分析

chinarjg

中国联合工程公司高级工程师  喻兴娟，陈文勋：
　　我国经过50余年多向模锻技术的研究发展，在工艺、模具设计、压机设计制造方面积累了不少经验，但批量生产多向模锻件的企业很少，有些技术如联合分模的多向模锻技术尚待提高。与国外多向模锻技术相比，工艺、设备都相差较大。采用先进的多向模锻工艺技术生产三通类锻件，已成为我国锻造行业亟待推广的课题。
  
多向模锻工艺特点
　　多向模锻是在多向模锻液压机上进行分模模锻的一种精密锻造技术，其变形原理实质上是挤压与模锻的复合，且以挤压变形为主。与普通模锻及分模模锻相比，具有以下技术经济特点：①可获得无飞边、无模锻斜度（或有局部小斜度）、带有多个枝丫、凸台及孔腔的复杂形状锻件。②锻件内在质量高。金属材料处在高静液应力、大等效应变条件下成形，组织致密，材料缺陷易于弥合。③坯料形状简单，制坯成本低廉。火次少，通常为单模腔、一火成形，能耗低，模具投入少，生产率较高、成本低。④可将模锻工艺应用范围扩大到温度较窄、塑性较低的材料。⑤模具结构简单、使用寿命长，对降低锻件成本有利。
多向模锻压机特点
　　多向模锻锻件成形是在具有多分模面的可分凹模封闭式模腔内进行。可分凹模先闭合，然后一个冲头或多个冲头在水平或垂直方向运动，对凹模内坯料进行挤压。在坯料变形过程中，部分金属平行于冲头运动方向流动，部分金属垂直于冲头运动方向或与冲头运动方向成一定角度的方向流动，从而得到具有多个分模面的外形多分支、内腔多孔、尺寸精确及形状复杂的各类锻件。图1为典型的多向模锻成形锻件。



图1
　　为实现多向模锻，必需采用多向模锻专用液压机。多向模锻专用液压机与普通模锻液压机的区别在于其机架采用整体框架结构，上横梁装有垂直工作缸，工作台两侧各装有一个水平工作缸。根据多向模锻工艺需要，有的压机还在上横梁与活动横梁中间装有垂直穿孔缸，并在下横梁上装有顶出缸。多向模锻压机核心结构如图2所示。

图2

国外多向模锻压机的发展现状
　　自20世纪50年代后，美、英、法、联邦德国和原苏联等工业发达国家，纷纷发展并推广应用多向模锻技术。在美国CameronIron公司宣布成功开发出“多向模锻”新工艺的20世纪40年代末，全球正处于第二次世界大战后的经济复苏期，石油、化工、电力、航空、军工等行业产品向大型化方向发展迅速，很多形状复杂的大型零件需要采用多向模锻方法生产。为满足如此庞大的市场需求，CameronIron公司相继研制了100MN、180MN、300MN三台大型多向模锻水压机（300MN安装在英国）。CameronIron至今是世界上拥有大中型多向模锻压机最多的企业。

　　图３为1961年美国CameronIron公司自己设计、制造、自己使用的180MN板框组合结构多向模锻水压机正在生产核电设备大型三通锻件。压机公称压力（主柱塞压力）180MN，侧柱塞压力2×45MN，穿孔柱塞压力38MN，顶出器压力5.9MN，设有８个主缸、一个穿孔缸、两个水平缸，由12块板拼焊成整体机架，采用水泵—蓄势器传动。

图３
　　
图４为美国Cameron Iron公司100MN多向模锻压机，该压机由美国Baldwin—Lima--Hamilton公司制造，采用双缸四柱下拉式与卧式单缸压机组合结构，顶部设穿孔缸，水泵—蓄势器—增压器传动，公称压力（主柱塞压力）100 MN，侧柱塞压力2×55MN，穿孔柱塞压力27MN，顶出器压力6.8MN。

图４
　　
图５为美国Ellwoodtexas forge公司110MN多向模锻压机及该压机生产的模锻件。

图５
　　20世纪50年代，工业发达国家设计、制造、安装了一批大中型多向模锻液压机，其中在美国除了CameronIron公司外，其他公司还安装了36MN、72MN、315MN多向模锻水压机各1台；在前联邦德国安装了1台单缸300MN多向模锻水压机，在前苏联安装了20MN、50MN、100MN、500MN多向模锻水压机各1台。

　　20世纪80年代后，由于受到石油能源危机的冲击，国外制造业开始十分重视生产过程中的节材与节能，因多向模锻技术优越性众多，各种中小型高压阀体、管接头及有色金属多向模锻件等市场需求量逐年增大，前苏联、日本、德国等都加快了中小型多向模锻压件生产得发展步伐。在设备方面，前苏联成系列生产了1.6MN、3.5MN、4MN、6MN、10MN、20MN小型多向模锻液压机。这些液压机除了模锻二通、三通、四通管接头外，还能模锻各种阀体、汽车万向接叉、十字轴以及多联齿轮等。

我国多向模锻压机发展现状
　　我国从20世纪60年代中期就开始研发多向模锻设备和工艺技术，但发展相当缓慢，工程应用则更少。20世纪60年代初，我国有关部门和产业界就开始注意国外多向模锻技术的发展，从60年代中期算起，至今已有50余年历史，但应用发展缓慢。1970年在开封高压阀门厂安装了我国第一台9.6MN多向模锻水压机。该机采用三梁四柱结构，垂直压力为9.6MN，水平压力为2x5MN，不带穿孔缸。但因公称压力小，又无穿孔功能，故一直未能用于多向模锻，一直只能用于当普通模锻水压机用于一般的分模模锻。

　　1975年在西南铝安装了一台100MN多向模锻水压机。该机机架采用三梁四柱结构，水平机架采用四柱预紧，垂直压力分级为30MN/70MN/100MN，水平压力为2x50MN，没设穿孔缸。因该厂主要生产铝合金锻件，而需要多向模锻的铝合金件并不多，只有整体盘头锻件和汽车轮毂锻件等几种，该台压机没能发挥其最大功能。70年代，清华大学与中国二重合作，研制了650MN多向模锻压机工业样机，采用预应力4缸4牌结构，钢丝缠绕后张法预紧，公称压力10MN。该压机1980年投产，曾获机械部二等奖。

　　1979年东北重型机械学院自主研制了1台6.5MN多向模锻油压机，安装在现燕山大学锻压研究所压力加工实验中心内。完整拥有垂直液压缸、水平液压缸、穿孔液压缸。垂直缸压力（包括穿孔缸）6.5MN，穿孔缸压力1.35MN，水平缸压力2x0.7MN。1991年中国一重研制了1台20MN整体框架结构多向模锻水压机，作为研制200MN多向模锻液压机的预研样机，采用整架组合结构，设有4个垂直液压缸，垂直压力分级为10MN/20MN；2个水平缸，压力为7MN；1个穿孔缸，穿孔力为5MN。

　　1993年国家计委审批下达“2000吨多向模锻工业性试验”项目，要求形成小批量生产多向模锻水压机的能力，且要求该机要一机多能，即具有普通模锻、多向模锻、挤压型材与管材的能力，1996年完成。随后在其上进行了高颈法兰的普通模锻、球形接头和等径三通的多向模锻、叉车门架型材和厚壁无缝钢管的热挤压模拟试验和工业试验，其中多项模锻曾交由用户使用，反应良好。20MN多向模锻液压机经完善、改进、增添配套设备后，投入了小批量生产。以后也陆续研制了好几台3.15MN~25MN的多向模锻水压机。

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我国多向模锻压机发展现状
　　我国从20世纪60年代中期就开始研发多向模锻设备和工艺技术，但发展相当缓慢，工程应用则更少。20世纪60年代初，我国有关部门和产业界就开始注意国外多向模锻技术的发展，从60年代中期算起，至今已有50余年历史，但应用发展缓慢。1970年在开封高压阀门厂安装了我国第一台9.6MN多向模锻水压机。该机采用三梁四柱结构，垂直压力为9.6MN，水平压力为2x5MN，不带穿孔缸。但因公称压力小，又无穿孔功能，故一直未能用于多向模锻，一直只能用于当普通模锻水压机用于一般的分模模锻。

　　1975年在西南铝安装了一台100MN多向模锻水压机。该机机架采用三梁四柱结构，水平机架采用四柱预紧，垂直压力分级为30MN/70MN/100MN，水平压力为2x50MN，没设穿孔缸。因该厂主要生产铝合金锻件，而需要多向模锻的铝合金件并不多，只有整体盘头锻件和汽车轮毂锻件等几种，该台压机没能发挥其最大功能。70年代，清华大学与中国二重合作，研制了650MN多向模锻压机工业样机，采用预应力4缸4牌结构，钢丝缠绕后张法预紧，公称压力10MN。该压机1980年投产，曾获机械部二等奖。

　　1979年东北重型机械学院自主研制了1台6.5MN多向模锻油压机，安装在现燕山大学锻压研究所压力加工实验中心内。完整拥有垂直液压缸、水平液压缸、穿孔液压缸。垂直缸压力（包括穿孔缸）6.5MN，穿孔缸压力1.35MN，水平缸压力2x0.7MN。1991年中国一重研制了1台20MN整体框架结构多向模锻水压机，作为研制200MN多向模锻液压机的预研样机，采用整架组合结构，设有4个垂直液压缸，垂直压力分级为10MN/20MN；2个水平缸，压力为7MN；1个穿孔缸，穿孔力为5MN。

　　1993年国家计委审批下达“2000吨多向模锻工业性试验”项目，要求形成小批量生产多向模锻水压机的能力，且要求该机要一机多能，即具有普通模锻、多向模锻、挤压型材与管材的能力，1996年完成。随后在其上进行了高颈法兰的普通模锻、球形接头和等径三通的多向模锻、叉车门架型材和厚壁无缝钢管的热挤压模拟试验和工业试验，其中多项模锻曾交由用户使用，反应良好。20MN多向模锻液压机经完善、改进、增添配套设备后，投入了小批量生产。以后也陆续研制了好几台3.15MN~25MN的多向模锻水压机。

我国最新研制的多向模锻压机
　　2012年4月2日，由清华大学与中冶京唐合作研制的40MN多向模锻压机，成功锻造出主要用于核燃料制造的真空阀体。阀体锻件经检测，主要力学性能提高30%，节约加工工时50%以上。在40MN多向模锻液压机研制成功的前提下，中冶京唐与清华大学再度合作又研制成功120MN多向模锻液压机，并已投入试生产（见图6）。


（a）40MN多向模锻压机  

  （b）120MN多向模锻压机
图6



（a）不锈钢阀体锻件

（b）真空阀体锻件
图7
　　中国二重研制200MN多向锻模锻压机，正在安装调试，主要用于航空领域多向模锻件生产。南京迪威尔已订购一台200MN多向模锻压机，垂直合模力200MN，水平侧向合模力130MN，主要用于陆地及水下采油树锻件的生产。该压机由weipuke-panke设计，机械部分迪威尔按照设计图纸正在国内寻求合适的制造商制造，液压系统、电气系统系weipuke-panke总包，预计2016年年底投产。

　　天锻研制成功的28MN多向锻模锻压机，垂直合模力28MN，水平侧向合模力10MN，2012年出口美国，主要用于石油钻杆接头的生产（见图8）。

（a）28MN多向模锻压机

（b）石油钻杆接头
图8
　　多向模锻技术的推广与应用
　　三通、阀体、球形接头等属于典型的应该采用联合分模多向模锻的锻件。三通类零件是石油、化工、火电、核电等重大设备管路体系中，用于连接三个相互垂直管道的重要零件，需求量大。这类管道内流动的液体多为高压，用多向模锻锻件制作三通类零件是理想的选择。

图9
　　国外在20世纪70年代初便能成功生产的几十种种多向模锻典型件，都是关系到国家重大装备和国防建设产品中的重要关键零件。

　　我国虽然已有50余年多向模锻技术研究发展史，在工艺、模具设计、压机设计制造方面都积累了不少经验，但遗憾的是批量生产多向模锻件的企业很少，基本上还停留在实验研究阶段；有些技术如联合分模的多向模锻技术尚待提高；用于生产的多向模锻液压机也少，尤其缺乏大中型多向模锻液压机。与国外多向模锻技术相比，工艺、设备都相差较大。采用先进的多向模锻工艺技术生产三通类锻件，已成为我国锻造行业亟待推广的课题。
随着我国机械制造朝着大型化方向发展，许多组装件改为整体结构；产品零件形状越来越复杂，越来越需要多向模锻技术来满足高质量锻坯的要求。这也预示多向模锻技术在我国的发展有着非常广阔的空间。

　　为了推广多向模锻工艺，需要解决以下问题：从政府角度，加强宏观指导与行业协调，根据我国行业的发展状况，合理引进先进技术，加快消化吸收进程。从行业管理层面的角度，应该给量大面广的适合多向锻生产的产品来一次标准化，标准化不存在技术泄密的问题，统一标准后，将为多向模锻技术提供广阔的发展空间。借助市场经济这个无形的手，调整产业结构，提高生产集中度，促进专业化、系列化生产，提高产品量量和对市场的适应能力，加快创新体系的建立，尽快形成企业的自我开发能力。
注：本文选自《金属加工（热加工）》

华仔_rkvCK

厉害

simida

我们也准备做阀类产品 ，很多东西都要想其他人学习， 谢谢jg 大 的资料

changsheng1125

有没有相关的工艺介绍

mqy1967

多向模锻工艺，是锻造行业发展的主流和方向·，希望管理员提供更多的资料分享

wuguohong8

上海昌强电站配件有限公司研制了3000T多向模锻液压机，可锻造口径φ200至φ559的各类三通、阀体锻件
另有自行研制的200T多向模锻液压机，专门锻造口径φ100以下的三通、阀体锻件
还有自行研制的1200T多向模锻液压机，专门锻造口径φ200以下的三通、阀体锻件
正在研制的36000T多向模锻液压机准备专门用于核电主泵的制造

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