隨著低碳、節能、綠色制造技術的發展，多向模鍛技術愈來愈受到人們的重視，為適應多向模鍛技術的推進，文中介紹并分析了國內外現有多向模鍛液壓機本體的典型結構，在此基礎上，研究設計并制造了三種新結構的多向模鍛液壓機本體，說明了每種新結構的技術特點與優勢。

現有多向模鍛液壓機的結構分析

隨著多向模鍛技術的發展，作為技術的重要組成部分，多向模鍛設備的結構也在不斷地出現新的形式，下面是文獻介紹的國內外多向模鍛設備的結構。

U 形下橫梁的結構

U 形下橫梁的三梁四柱結構，是最早的一種多向模鍛設備的結構，其機構特點是，在常規液壓機下橫梁的左右兩端加高，使下橫梁成為字母U 形，把水平缸安裝在U 形下橫梁的兩個豎起部分，合模缸仍安裝在上橫梁上。該結構具有如下優點：

⑴左右水平缸載荷平衡于下梁，液壓機立柱不承載，變形小；

⑵結構簡單，制造難度小；

⑶鍛造操作空間大，方便安裝輔助設備。

缺點是U 形易張口，水平部分剛度低，兩水平柱塞的同軸性差，僅適用于小型多向模鍛液壓機，開封高壓閥門廠的8.0MN 多向模鍛液壓機如圖1 所示。

圖1 8.0MN 多向模鍛液壓機

垂直水平獨立機架結構

為了克服U 形下橫梁的三梁四柱結構的缺點,研究了垂直水平獨立機架結構，它的結構特點是，主機架由垂直機架和水平機架組成，合模缸與垂直穿孔缸安裝在垂直機架的上橫梁上，水平缸安裝在水平機架上，垂直、水平機架相對分開，載荷也由對應的機架承受，兩水平柱塞的同軸性好。缺點是當左右水平載荷不等時，水平機架平衡困難，操作空間小。可用于大型多向模鍛液壓機，西南鋁業的100MN 多向模鍛液壓機就是垂直水平獨立機架結構，如圖2 所示。

圖2 100MN 垂直水平獨立機架結構的多向模鍛液壓機

整體板框組合結構

為降低主機本體的制造成本和消除垂直水平獨立機架結構中的缺點，設計開發了整體板框組合機架結構，由若干塊整板加工后疊成框架。如圖3 所示，水平缸安裝在機架的兩側板壁上，垂直合模缸與穿孔缸安裝在機架上壁內側。板架加工方便、成本低，前后開放，便于鍛造的取件與送料，結構緊湊。缺點：動梁導向部分弱，對于大型多向模鍛壓機，特大板框機架尺寸給運輸、安裝都帶來困難。

圖3 整體板框組合結構的多向模鍛液壓機

C 形板框勾頭組合機架結構

為利用板框結構制造成本低的優點，避免運輸的困難，研究設計了C 形板框勾頭組合機架結構，如圖4 所示。此結構是將原來的整體板框結構，從它的對稱面處分開為兩半，然后再從兩端連接固定在一起，形成一個整體機架。這樣減小尺寸后，使運輸困難的缺點得以避免。其他方面基本與整體板框組合機架相同。

圖4 6.5MN 多向模鍛擠壓液壓機

鋼絲纏繞結構

為提高機架的承載能力，降低機架的重量，研究設計了鋼絲纏繞機架，如圖5 所示。

圖5 鋼絲纏繞機架多向鍛液壓機

它的結構特點是，將機架分為若干塊體，塊體加工后組合，再用鋼絲纏繞在一起形成整體機架，如圖5 所示，水平缸安裝在機架的兩側壁上，垂直缸安裝在機架上壁內側。優點：結構緊湊，重量輕。缺點：動梁導向部分弱，機架形狀隨加載方式變化大。

多向模鍛設備的研究

為加速多向模鍛技術在國內的發展，2010 年，上海電機學院籌建了多向模鍛技術研究中心，開展了多向模鍛設備研究與工藝研究，并于2020 年獲批成為上海多向模鍛工程技術研究中心。

多向模鍛機本體新結構研究

⑴6.5MN 多向模鍛擠壓液壓機。

在前期研究的基礎上，2011 年設計建造了6.5MN多向模鍛擠壓液壓機，如圖6 所示。該壓機的本體采用整體板框結構，多向模鍛的合模采用4 缸對稱均布，主穿孔缸位于4 合模缸的中心,全部為缸底支撐；兩水平缸為拉桿缸底支撐，除此之外，為實現一機多用的目的，主穿孔缸活塞設計制造為空心活塞，當作為擠壓液壓機時，活塞孔即為擠壓產品的出料孔，下橫梁設有多向模鍛的頂出缸，此缸還是擠壓時的芯棒驅動缸。

圖6 6.5MN 多向模鍛液壓機

6.5MN多向模鍛液壓機設計制造有移動工作臺，方便模具的裝卸，為保證移動工作臺復位準確，采用雙向方錐鍵定位。

⑵10.0MN 多向模鍛液壓機。

2015 年，設計制造了一臺10MN 多向模鍛液壓機，如圖7 所示。該壓機本體采用4 柱預緊結構，合模采用4 缸方式，主穿孔缸位于4 合模缸的中心。動梁滑塊八面導向，為減小偏載載荷狀況下立柱的變形，提高滑塊的運動精度，采用了滑塊加強立柱的結構。

圖7 10MN 多向模鍛液壓機

主穿孔缸與水平缸均采用復合缸，使得壓機結構緊湊，除此之外，由于凸模分為可以相對運動的兩部分，可有效地改變坯料充填模腔的順序，減小坯料在充填模腔過程中的反流，這不僅節省能量、減少模腔的磨損，還可防止鍛件表面折疊或內部撕裂。對于閥體、缸體鍛件也能有效地減小壁厚的偏差。

⑶可變獨立機架多向模鍛液壓機。

目前，在現有多向模鍛液壓機上進行三法蘭閥體鍛造，必須采用垂直分模方式，考慮到垂直合模裝置的不足，研究了一種全水平穿孔的多向模鍛液壓機，本文稱之為：可變獨立機架多向模鍛液壓機，其結構如圖8 所示。

圖8 可變獨立機架多向模鍛液壓機

可變獨立機架多向模鍛液壓機是由一個垂直機架和兩個水平機架構成的三維施加載荷的鍛造設備,它有如下技術優勢:

①主穿孔缸與水平穿孔缸都位于水平面內，絕大多數工況，坯料只需水平方向放入模腔，坯料與模腔可無間隙放入，定位準確，鍛件精度高。

②可利用水平分模，實現不同形狀鍛件的鍛造成形，無須設垂直分模，減去了垂直分模專用工裝。

③主穿孔缸與水平穿孔缸固定在下橫梁與動梁形成的水平機架上，與垂直機架獨立，工作時，機架受載變形小，設備運動精度高。

④壓機動梁既做動梁，又做機架，一件兩職，增加機架剛度，減小變形，降低設備重量。

⑤兩側分料均勻，主通道穿孔偏差小和較高的主穿孔凸模壽命。

結論

⑴本文客觀地介紹了國內外現有多向模鍛液壓機本體的典型結構，為今后多向模鍛設備的制造提供參考。

⑵研究、設計并制造了三種新結構多向模鍛液壓機本體，為今后多向模鍛設備的制造提供技術方案的借鑒。