在分析現有生產工藝下管件生產設備不足的基礎上，闡述了大噸位模鍛液壓機的優點。然后闡述了大噸位三向模鍛液壓機設計的主要技術條件，包括主機參數特點、優化設計、液壓系統設計等。本實用新型鍛造成型水壓機的設計大大提高了生產效率和材料利用率，降低了加工難度，廣泛應用于生產過程中。

傳統的管道接頭生產工藝有兩種，一種是鑄件成型，然后機械加工，然后鍛坯成型。鑄造工藝存在鑄造缺陷風險大、材料使用強度低、生產工藝效率低、污染大等問題。

三向模鍛，又稱三向擠壓法，是一種金屬冷成型工藝，主要用于金屬管的成型。一般模鍛設備只能加工彎曲、直徑薄壁、厚壁管、三通、四通管件仍只能采用傳統工藝；三向模鍛液壓機（圖1）在普通模鍛設備的基礎上重新設計；擠壓壓力可同時在三個方向實現。通過更換不同的模具和模具，各種類型的管件可以一次成型，完成彎曲、三、四、直徑等管件的集成。三向模鍛工藝可以完全取代傳統的管件生產工藝。

圖1三向模鍛水壓機。

三向模鍛件制造技術。

無縫管采用三向模鍛工藝制造，其強度、尺寸精度和表面質量高于鑄件，毛坯重，單位重量小于鍛件，幾乎不需要保留加工余量。特別是在薄壁管件的生產中，以無縫管為原料，采用擠壓工藝，大大節省了材料，保證了薄壁管件的強度和尺寸精度。該模具不受材料限制，可加工碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁、銅等材料，應用廣泛。目前，聚氨酯橡膠主要用作芯材料（固體芯）或超高壓液體作為芯材料（液體芯）。上一次固體芯棒尺寸測試成本高，測試成功后使用成本低，適合批量生產；液體芯不需要測試成本，但由于膨脹液回收困難、污染大、使用成本高，適合小批量生產。四通管三路模鍛模示意圖2。

圖2四通管零件三向模。

三向模鍛生產工藝如下:管坯按尺寸下料(下料芯實心擠壓時，需將膠芯桿裝入管坯)→管坯放入凹模→上壓頭驅動上模向下，合模壓合:左壓頭由右壓頭驅動，右壓桿與中間同步擠壓(液芯擠壓時需注入超高壓膨脹液)→左側用右壓頭將擠壓桿擠壓到設定位置→左側，右壓頭返回→上壓頭驅動上模返回→成品。

三向模鍛水壓機的主要技術特點。

儀器體積小，體積大，負荷集中。

管件的成型工藝基本上是冷擠壓，需要較大的成型力，特別是對于較大的管道。因此，三向模鍛設備的噸位一般較大，80%以上的三向模鍛設備的合模和左右擠壓力在2萬kn以上。然而，與所需的模鍛相比，模具尺寸的成型力較小，特別是左右擠壓桿的直徑遠小于圓柱形活塞桿，因此壓頭與模頭接觸處的應力遠大于普通設備。因此，有必要重新計算和校準壓頭的材料和結構，以確保壓頭與壓頭的接觸面不會潰爛。設計的壓頭結構應確保擠壓壓力分散在整個活塞桿的接觸面上，否則會損壞氣缸體。

同步精度要求高。

根據三向模鍛的工藝要求，在壓制左右壓頭時，需要保證位移同步。同步精度越高，成品尺寸精度越高，缺陷風險越小。如果同步精度不足，成品會出現褶皺、裂紋、壁厚不均勻等問題。嚴重時可報廢工件，甚至損壞模具。因此，三向模鍛水壓機左右壓頭的同步精度直接關系到產品的生產質量、廢品率和模具的使用壽命。

儀器的幾何精度要求。

三向模鍛液壓機上壓頭與臺面的平整度會影響合模后模腔的形狀。如果平行度不足，合模不嚴密，壓件報廢；左右壓頭平行度；壓制過程中，左右壓頭運動軌跡同軸度；工作臺壓頭運動軌跡的平行度也對零件的成型質量和模具的生產產生重要影響。如果精度不足，可能會導致左右擠壓桿彎曲變形，損壞模具；液芯成型過程也會影響密封、液體泄漏、成型不到位和工件報廢。

三向模鍛水壓機的主要方案。

由于三向模鍛對設備的特殊要求、精度要求高、負載集中等，對生產過程進行了詳細的研究和分析。通過優化設計，充分利用內外技術資源，提高設備的精度和效率。

水力機架采用鋼板焊接箱結構，分析其應力和變形，優化后采用退火工藝消除焊接應力，保證機身的強度和剛度。

三向模鍛的特點:零件尺寸公稱力小，應力集中。左右擠壓均為單缸加壓，噸位大，行程短。左右擠壓缸能有效適應應力集中的工況。本實用新型采用活塞桿導向，上壓頭合模應力相對分散。雙缸行程采用雙缸壓力形式，配合對角行程探測器控制；確保上壓頭與工作臺平行。

通過對三向模鍛過程的分析，左右壓頭采用比例伺服系統加高精度位移傳感器閉環控制系統，確保左右壓頭運動同步，同步精度±1mm。

壓力機上下壓頭左右，右壓頭壓力控制采用比例調壓，壓力調節范圍為公稱壓力10%~100%，壓力控制精度±0.3MPa。

滑塊體為單件厚鋼板結構，保證上壓均勻傳遞到上模面，使合模力均勻分布。本發明提供了一高精度對角行程探測器和比例伺服系統組成的閉環控制系統，以確?；瑝K與工作臺平行。

實踐結果

該三向模鍛水壓機的研發取得了成功，對大規模生產各種管件、降低坯料成本、提高生產效率、提高管件成型質量、降低后續加工工藝具有重要意義。目前，該設備已在用戶中穩定運行5年，達到2分鐘/件的生產能力。