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液压机在科技产业中的广泛运用

作者:杜甫机械 来源:杜甫机械 时间:2014-5-28 14:16:25 点击次数:1375

科技的发展是个永恒的话题,不管是什么样的产品,都要跟随着社会的发展脚步,液压机一直坚持着跟随市场的脚步发展,根据不同的需要从基础做起,不断探索、实践,成就液压机的未来。
   
一:液压机在军工中的运用
   
  
兵器粉末冶金技术是指采用金属或其它粉末材料,经过混粉、压坯、烧结、成型和后处理等工艺过程制造各种多孔、半致密或全致密兵器零件与制品的技术。兵器粉末冶金技术是反坦克动能穿甲弹弹芯、导弹发动机喷管、陶瓷装甲元件、坦克动力传动系统摩擦片等元件的关键制造技术,包括:兵器特殊零件的热等静压、冷等静压技术、烧结工艺、自蔓燃高温合成技术、粉末注射成型技术、粉末锻造技术、粉末冶金件性能测试与无损检测技术等。由于粉末冶金技术具有工艺成本低、材料利用率高、能实现制造零件的净成型或近成型、特别适用于大批量生产,用于取代某些兵器零件的常规制造工艺,液压机则扮演了最后的集大成者的角色,因为军工产品的金属硬度大大高于普通金属硬度,使用普通工艺和机器很难达到军工品的高标准,所以我们的军工行业离不开液压机,我们的国防事业离不开液压机。

   
   
二:液压机在航空业

航空工业的发展离不开重型模锻液压机是不争的事实,我国仅有的一台300MN 铝合金模锻液压机早已不能满足现代航空工业的发展需求。早在2002年,中国工程院成立了以两院院士师昌绪先生为组长的咨询研究组,对我国建造模锻液压机进行调研。研究认为我国现阶段启动建设模锻液压机大型装备项目,对航空、舰船、航天、兵器、核工业等行业十分必要且完全可行。在我国要发展自主的航空工业,独立研制并制造大飞机的大背景下,中国二重和西安阎良航空产业基地分别立项了航空模锻液压机项目,为我国飞机制造业提供优质的大型整体航空模锻件。

然而重型模锻液压机的设计与制造面临着巨大的困难和风险,混凝土泵液压系统的发热现象危害其加工、制造和运输的难度都处于极限状态,且投资巨大,周期长。为解决上述问题,对重型液压机结构设计的研究与改进从来没有停止过。最早的重型模锻液压机普遍采用传统的“三梁四柱”结构,且机架为非预应力框架,这种结构的典型代表是俄罗斯的750MN模锻液压机,由于其承载结构缺乏预应力保护,材料许用力仅为4060MPa,从而导致结构尺寸和重量极为庞大,总重达到了26000t,且大量采用重型铸件和锻件,加工制造难度大,疲劳性能不高。20 世纪70年代,出现了粗螺栓预紧结构,这种结构采用少量的粗螺栓对承载机架施加预紧力,材料的许用应力得以提高至100150MPa,疲劳性能也有所提高。由于大型预应力粗螺栓制造的难度大,且许用应力不宜太高,此后又出现了细螺栓预紧结构,用多根细螺栓替代少量的粗螺栓施加预紧力,从而使许用应力提高至150200MPa。即便如此,重型液压机的设计仍然面临巨大的困难和风险。预应力钢丝缠绕技术和剖分-坎合技术的发展极大地解决了这个问题,其基本思路为将重型承载结构——尺寸和重量庞大,传统手段难以加工的重型零件,剖分为多个子件,从而降低制造难度和风险,方便运输;然后通过预应力钢丝缠绕技术,以坎合连接的方式将其组合为一个整体,从而替代整体铸锻结构。这种技术思路的产生,充分体现了“以小搏大”的特点,是具有创新性的重型液压机设计方法。2006年以来,清华大学在重型液压机的设计上突破传统思维,采用预应力钢丝缠绕技术和坎合技术先后设计了多台300MN以上的重型液压机,其中包括已经投产的世界上大型的360MN/150MN钢管垂直挤压机组,在建的400MN 航空精密模锻液压机和昆山300MN核电锻件液压机。本文以航空工业为背景,介绍了坎合技术在航空模锻液压机上的应用。

机架是重型液压机中最为重要的结构部件,是巨大能量聚集、传递和释放的载体,其设计的强度、刚度以及可靠性极为重要。400MN航空模锻液压机的机架采用拱形梁+垫梁的方式,拱梁和立柱分别被剖分为5个子件,整个机架共20个子件,单件的重量均在80t以下,大大减小了单件的重量和制造难度。各个子件之间的剖分面通过坎合化处理提高其坎合系数,通过钢丝施加强大的预应力场将20个子件缠绕成为一个预应力承载框架,该机架的重量为1400t 左右,若采用传统制造方法,难度极大。采用“以小搏大”的预应力剖分-坎合技术是制造该类重型承载机架的有效技术路线。

在我国首台预应力钢丝缠绕剖分-坎合压机——360MN垂直挤压机中,仅对拱梁进行了剖分-坎合,且仅分为3个子件,子件之间采用滚花处理形成坎合的多峰结构,。而立柱则采用分段铸造,然后焊接为一个整体。这种结构相对传统的“三梁四柱”式压机,在制造难度上已经大大降低,然而由于立柱为焊接整体结构,其重量仍然在200t以上。

为进一步降低制造难度,在经过充分论证,尤其是通过精准的数值计算之后,(对立柱剖分-坎合后的机架进行有限元分析,对各种可能的状态,包括中心载荷、前后偏载、左右偏载等进行计算),发现在坎合系数为0.3时,将拱梁和立柱分别剖分为5个子件,在强大的预应力场作用下,压机工作时不会发生剖分面上的错移和分开,剖分坎合的机架与整体机架具有相同的变形协调性。偏载时,即使完全通过立柱导向承受侧推力,坎合面仍然保持足够的抗剪能力。360MN挤压机的实践和充分的理论分析为我国400MN 航空模锻压机的设计提供了科学的依据,重型承载机架的设计发展出了一条全新的技术路线。

杜甫机械液压机按照结构形式分类, 主要包括单柱液压机、四柱液压机、框架液压机及其他结构的液压机。单柱液压机可分为整体机身和组合机身两种结构,单柱液压机在工作中,由于机身的变形,滑块与工作台会产生一定的夹角, 故多用在对精度要求不高的应用场合,如:压装、板材压型、校直等工艺。四柱液压机为通过四根立柱把上下横梁连接起来, 且其带滑块的活动横梁依靠四根立柱导向, 机器具有结构简单,制造成本低等特点,故应用最为广泛。框架式液压机用焊接框架立柱代替四柱液压机中的圆柱立柱,滑块的导向依靠固定在立柱上的导轨导向,具有导向精度高,抗偏载能力大等优点,但制造成本比四柱液压机高,多用在对精度要求较高的场合,如金属薄板的冲压、金属精密成型等工艺。以上三种液压机占到液压机总数的95% 以上。根据不同的需要.另外还有各种其他特殊结构形式的液压机。

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